РЕАКТОР СМЕШЕНИЯ
MIXING REACTOR

Изобретение относится к реакторам смешения и может найти применение в химической, нефтехимической промышленности, микробиологической, биохимической и других отраслях промышленности при проведении гидромеханических, массообменных и реакционных процессов, особенно с высоковязкими жидкостями, а так же при проведении исследований.
Известен реактор смешения (RU 88285 U1, МПК B01F 7/08, B01J 19/18, 2009 г.), содержащий корпус, расположенный по оси корпуса приводной вал, на котором закреплен шнек, теплообменную рубашку, патрубки входа и выхода теплоносителя, исходных реагентов и реакционной массы и узел принудительного радиально-осевого смешения, шнек состоит из чередующихся участков, между которыми расположены секции узла принудительного радиально-осевого смешения, равномерно распределенные по длине вала и представляющие собой элементы дополнительного шнека с противоположным направлением витков, высота гребней которых составляет 0,8-0,92 высоты гребней шнека.
Недостатком указанного реактора смешения является неравномерность обогрева исходных реагентов, невысокая эффективность процесса радиально-осевого перемешивания реакционных масс, образование застойных зон и длительное время пребывания в реакторе.
Известен реактор синтеза хладонов метанового и этанового ряда (RU 2023502 С1, МПК B01J 19/24, 1994 г.), содержащий корпус с крышкой, штуцера для ввода реагентов и вывода продуктов реакции, центральную трубу с распределительным элементом, включающим цилиндрическую камеру с гидрозатвором, цилиндрическая камера в нижней части боковой стенки имеет вертикальные прорези по всему периметру, расположенные симметрично относительно вертикальной оси реактора, а на верхней части цилиндрической камеры дополнительно установлена распределительная тарелка, имеющая на нижней стороне кольцевую выемку, глубина которой увеличивается от центра к периферии тарелки, имеющая, кроме того, сквозные отверстия, выполненные в верхней части выемки, и вертикальные прорези на периферии тарелки, при этом отверстия расположены симметрично относительно вертикальной оси реактора, а прорези смещены относительно отверстий.
Недостатком указанного реактора является ограниченная область применения (получение фторхлорметанов и фторхлорэтанов), сложность в масштабировании установки, отсутствие перемешивающего устройства, что снижает эффективность синтеза хладагентов.
В качестве прототипа принят реактор смешения (RU 2031704 С1, МПК B01J 19/18, 1995 г.), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, расположенный по оси корпуса приводной вал, на котором закреплен шнек, комбинированный с якорной мешалкой, вал которой снабжен опорным элементом, внутренний теплообменник, установленный коаксиально шнеку, теплообменную рубашку, патрубки ввода и вывода энергоносителей, исходных реагентов и реакционной массы, смотровой люк, датчики, соединительные штифты, дополнительно содержит большой отбойник, выполненный подвижным, направляющими для которого служат входной и выходной патрубки внутреннего теплообменника, малый отбойник, установленный между стержневой и полой частями вала, несущую трубчатую конструкцию, фланец с разрезным штуцером и накидной гайкой, расположенный в верхней части несущей трубчатой конструкции, клапан аварийного сброса, реактор на уровне половины его высоты выполнен разъемным с изготовлением верхнего корпуса в виде перевернутого стакана из фторопласта с нижним торцевым коническим углублением и оконтованного в верхней своей части металлическим фланцем с радиальными прорезями и нижнего металлического днища с рубашкой и верхним торцевым коническим выступом, внутренний теплообменник выполнен в виде змеевика, состоящего из двух одинаковых трубчатых спиралей с повышенной плотностью навивки и соединенных основаниями диаметрально в общее кольцо, вертикальные пальцы якорной мешалки смещены под углом 1-30° относительно вала мешалки и по направлению ее вращения и расположены между стенкой днища и внутренним теплообменником, вал мешалки выполнен подвижным по вертикальной оси с опорным элементом в виде конусной гайки и сборным, состоящим из нижней стержневой и верхней полой частей, расположенным в несущей трубчатой конструкции, а один из штифтов днища соединен со штоком клапана аварийного сброса.
Недостатками прототипа являются ограниченная область применения из-за отсутствия возможности осуществления химических процессов в широком диапазоне температур и рабочих давлений, незначительный ресурс эксплуатации и недостаточная безопасность (при использовании агрессивных реагентов) из-за недолговечности сальниковых уплотнений вала. А также сложность конструкции, уменьшенный эффективный объем реактора из-за наличия приводного вала, на котором закреплен шнек с якорной мешалкой, и внутреннего теплообменника.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в создании простого по конструкции, надежного и безопасного реактора смешения с длительным ресурсом его эксплуатации в широком диапазоне температур и рабочих давлений до 60 Атм.
Технический результат достигается тем, что в реакторе смешения, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, штуцеры ввода и вывода исходных реагентов и реакционной массы, контрольно-измерительное оборудование, мешалку, нагреватель, корпус снабжен фланцами выполнен из нержавеющей стали герметично соединен со съемной крышкой и съемным дном, съемное дно выполнено с углублением сферической формы, сообщенным каналом со штуцером ввода исходных газообразных реагентов, в корпусе размещен якорь магнитной мешалки, выполненный из нержавеющей стали, взаимодействующий с постоянными магнитами закрепленным на валу ротора частотно-регулируемого электродвигателя, размещенного под дном корпуса, на внешней цилиндрической поверхности корпуса установлен съемный регулируемый керамический нагреватель в виде разъемного кольца. Съемная крышка выполнена из нержавеющей стали. Съемная крышка выполнена из оргстекла. Съемное дно выполнено из нержавеющей стали. Съемное дно выполнено из стеклотекстолита. В качестве постоянных магнитов использованы неодимовые магниты.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 приведен реактор смешения в продольном разрезе (сечение А-А), на фиг. 2 приведен вид сверху, на фиг. 3 приведено выносное сечение (сечение Б-Б).
Реактор смешения содержит вертикальный цилиндрический корпус 1. Корпус 1 с торцов снабжен фланцами 2 и выполнен из нержавеющей стали. Корпус 1 герметично соединен со съемной крышкой 3 и съемным дном 4, например, разъемным болтовым соединением. Герметичность соединения обеспечивают уплотнители 5, например из паронита. На съемной крышке 3 установлены манометр 6 и гильза 7 под термометр (термопару). Съемная крышка 3 выполнена из нержавеющей стали для обеспечения химических процессов, протекающих при температурах до 450°С и рабочих давлений до 60 атм. Для визуального контроля химических процессов, протекающих при температурах до 120°С и рабочих давлений до 10 атм, съемную крышку выполняют из оргстекла. Корпус 1 снабжен штуцером 8 для ввода исходных жидких реагентов и штуцером 9 для вывода полученного продукта (фиг. 3). Съемное дно 4 выполнено с углублением сферической формы, сообщенным каналом со штуцером 10 для ввода исходных газообразных реагентов. Съемное дно 4 выполнено из нержавеющей стали для обеспечения химических процессов, протекающих при температурах до 450°С и рабочих давлений до 60 атм, и для обеспечения возможности использования магнитной мешалки. Съемное дно 4 выполнено из стеклотекстолита (вариант исполнения реактора с дном из стеклотекстолита приведен на фиг. 1) для обеспечения химических процессов, протекающих при температурах 240°С и рабочих давлений до 60 атм, и для обеспечения возможности использования магнитной мешалки. В корпусе 1 размещен якорь 11 магнитной мешалки, выполненный из нержавеющей стали. Якорь 11 взаимодействует с постоянными магнитами 12 закрепленным на валу ротора частотно-регулируемого электродвигателя 13, размещенного под дном 3. В качестве постоянных магнитов 12 используют неодимовые магниты. На внешней цилиндрической поверхности корпуса 1 установлен съемный керамический нагреватель 14 в виде разъемного кольца. Керамический нагреватель 14 выполнен с возможностью регулирования температуры нагрева.
Реактор смешения работает следующим образом.
Через штуцер исходных жидких реагентов 8 в реактор заливают исходный жидкий реагент. Затем через штуцер 10 подают исходный газообразный реагент, который барботирует через жидкий реагент. Реактор разогревают керамическим нагревателем 14 до необходимой температуры. Реакционную массу перемешивают магнитной мешалкой с постоянными магнитами 12, регулируя скорость вращения якоря 11 с помощью частотно-регулируемого электродвигателя 13, создавая интенсивное вихревое турболизированное перемещение реакционной массы в виде воронки, что обеспечивает высокую эффективность теплосъема. Выход газообразного полученного продукта осуществляется через штуцер 9.
Использование предложенного технического решения позволит расширить функциональные возможности реактора, поскольку в нем можно проводить процессы в широком диапазоне температур и рабочих давлений. Простая и надежная конструкция увеличивает ресурс эксплуатации реактора, а так же повышает безопасность при использовании агрессивных реагентов. Применение магнитной мешалки позволяет эффективно использовать объем реактора, гарантирует активное перемешивание реакционной массы, повышенную мощность теплосъема, уменьшение время пребывания реакционной массы в реакторе. Изготовленный экспериментальный образец реактора смешения, по результатам испытаний показал работоспособность и эффективность предложенной конструкции.