РЕАКТОР

Техническое решение относится к химическому машиностроению, в частности, к вертикальным реакторам, предназначенным для проведения процесса синтеза химических веществ в многофазных средах с дополнительным нагревом реакционной массы.
Известны конструкции аппаратов с мешалками, которые используют в качестве гидролизеров, включающие в себя цилиндрический корпус, вал с мешалкой и приводом, рубашку на стенке или змеевик, установленные соответственно снаружи или внутри аппарата, для подвода или отвода тепла от реакционной массы гидролиза. [Васильцов Э.А. и др. Аппараты для перемешивания жидких сред. - Л.: Машиностроение, 1979, с. 24, Стрейк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. - М.: Химия, 1976. - с.70-74].
Известны аппараты цельносварные с эллиптическим днищем и крышкой с рубашкой из полутруб, внутри которых установлена на валу с приводом мешалка, которые предназначены для проведения различных химических процессов, в том числе для процесса гидролиза [Авторское свидетельство SU 1542610, кл. А1 В01J 19/18, опубл. 15.02.1990; патент России RU 2132726, В01J 8/10, опубл. 10.07.1999; патент России RU 2136359, В01J 8/04, опубл. 10.09.1999; заявка США 2005118088, B01J 8/00, опубл. 02.06.2006, патент России RU 2283174, В01 08.02, опубл. 10.09.2006].
В известных конструкциях реакторов подобного назначения имеется ряд следующих недостатков:
- нестабильность протекания процесса;
- недостаточная скорость образования конечного продукта из-за больших потерь реагентов;
- недостаточное перемешивание реагентов, образование застойных зон, в которых накапливаются непрореагировшие реагенты;
- неудовлетворительное диспергирование жидкости в реакционной массе;
- недостаточный отвод тепла экзотермической реакции.
Наиболее близким является реактор для проведения процессов в гетерогенных средах. Корпус реактора состоит из цилиндрической обечайки, верхнего и нижнего днища и закреплен в кольцевой опоре. На верхнем днище установлены горловина, газосепаратор, соединенный патрубком с горловиной, пробоотборник и трубка ввода катализатора, причем наружная поверхность горловины соединена ребрами жесткости с кольцевой опорой. Змеевиковая рубашка закреплена ниже кольцевой опоры на наружной поверхности обечайки, на консольном валу закреплены разбрызгиватель, пеногаситель и клетьевая мешалка. По периметру цилиндрической обечайки внутри корпуса установлены шесть отражательных перегородок, на которых закреплены верхний и нижний змеевиковые теплообменники, расположенные соответственно ниже и выше статического перемешивающего устройства, закрепленного на внутренней поверхности обечайки (патент России RU №2330715, В01J 8/10, В01J 19/18, опубл. 10.08.2008 г.)
Этот реактор принят за прототип полезной модели.
Недостатками прототипа с позиции недостижения технического результата являются:
- нестабильное протекание процесса смешивания гетерогенной смеси;
- недостаточное перемешивание реагентов, что приводит к образованию застойных зон;
- нижнее эллептическое днище не обеспечивает выгрузку готового продукта в полном объеме.
Техническим результатом является увеличение степени конверсии за счет равномерного измельчения и перемешивания реакционной массы в воде, во всем объеме реактора.
Технический результат достигается тем, что реактор, содержащий цилиндрический корпус с теплообменной змеевиковой рубашкой, верхнее и нижнее днище, перемешивающее устройство, закрепленное на консольном валу, штуцера входа основного компонента и выхода готового продукта и статическое перемешивающее устройство, отличающийся тем, что статическое перемешивающее устройство представляет собой стальные ножи, каждый из которых закреплен с помощью винтовой пружины на вертикальной планке, жестко прикрепленной к стенке корпуса, причем ножи установлены под углом к горизонтальной плоскости по ходу потока реакционной массы, а перемешивающее устройство, представляет собой лопастные мешалки, лопасти которых закреплены на консульном валу под тем же углом к горизонтальной плоскости, при этом реактор по высоте разделен статическими перемешивающими устройствами на 7 ярусов, в первых трех верхних ярусах закреплены лопастные мешалки с 8-ю лопастями, в последующих трех с 4-мя лопастями, а в нижнем - якорная мешалка, в штуцере выхода готового продукта на консульном валу закреплен шнековый дозатор.
Установка ножей статического перемешивающего устройства под углом к горизонтальной плоскости по ходу готовой реакционной массы и закрепление каждого ножа с помощью винтовой пружины на вертикальной планке, жестко прикрепленной к стенке корпуса, позволяет интенсифицировать процесс измельчения увлажненного сырья и предотвращает его комкование в процессе перемешивания под действием силы тяжести сверху вниз.
Разделение реактора по высоте статическим перемешивающим устройством на 7 ярусов с установкой в первых трех верхних ярусах лопастных мешалок с 8-ю лопастями, где необходимо наиболее частое взаимодействие лопастей мешалки с перемешиваемой реакционной массой для увеличения степени конверсии за счет равномерного перемешивания реакционной массы в воде.
Установка в середине реактора на ниже следующих трех ярусах 4-х лопастных мешалок стабилизирует размеры перемешиваемой влажной массы, не позволяя ей дробиться или увеличиваться в размерах при комковании.
Установка в последнем ярусе якорной мешалки позволяет перемещать обработанную выше реакционную массу в коническое днище и подавать ее к выходному штуцеру.
Установка шнекового дозатора в выходном штуцере позволяет точно дозировать выход продуктов реакции и стабилизировать время пребывания реакционной массы в реакторе.
На фигуре показан общий вид предлагаемой конструкции реактора для гидролиза гликозинолатов в продуктах переработки семян горчицы. Он состоит из цилиндрического корпуса 1, конического днища 2 со штуцером выхода готового продукта 3, верхнего днища 4 со штуцером 5 входа основного компонента и штуцером 6 для воды. На верхнем днище 4 также установлен штуцер 7 для выхода паров. Осесиметрично с корпусом на консульном валу 8 установлены лопастные мешалки 9. Консольный вал 8 присоединен к приводу вращения (на фигуре не показан). Вдоль стенки корпуса 1 равномерно по окружности установлены вертикальные планки 10, на которых на винтовых пружинах 11 закреплены под углом к горизонтальной плоскости стальные ножи 12, представляющие собой статические перемешивающие устройства.
На консольном валу 8 под каждым стальным ножом 12 статического перемешивающего устройства под тем же углом к горизонтальной плоскости установлены лопасти лопастных мешалок 9, делящие корпус 1 по высоте на 7 ярусов, при этом в первых трех верхних ярусах установлены лопастные мешалки 9 с 8-ю лопастями, в последующих трех ярусах установлены лопастные мешалки 9 с 4-мя лопастями, в нижнем седьмом ярусе на консольном валу закреплена якорная мешалка 13. В штуцере 3 выхода готового продукта установлен шнековый дозатор 14. Для подогрева реакционной смеси через стенку аппарата, реактор снабжен теплообменной змеевиковой рубашкой 15.
Реактор работает следующим образом
Продукты переработки семян горчицы (жмых горчичный, некондиционный горчичный порошок и высевки) в дробленом виде подают в штуцер 5 реактора при работающей мешалке 9. Наибольший размер частиц продуктов переработки семян горчицы не превышает 10 мм.
В реакторе проходит процесс смешивания продуктов переработки семян горчицы с конденсатом, поступающим из конденсатора (на фиг. не показан) через штуцер 7. Поскольку технологический процесс идет дискретно, продукты переработки семян горчицы нагреваются до температуры не более 70°С подогревом реактора через стенку аппарата и частично увлажняются.
В реакторе происходит равномерное увлажнение продуктов переработки семян горчицы водой и конденсатом. Заданная влажность обеспечивается регламентируемым соотношением подач продуктов переработки семян горчицы и воды.
Увлажнение продуктов переработки семян горчицы доводится до 25-30 % водой через штуцер 6 и конденсатом через штуцер 7..
Увлажнение и нагрев - необходимое и достаточное условие для гидролиза синигрина, содержащегося в продуктах переработки семян горчицы.
Рабочая среда в реакторе химически агрессивная. В составе реакционной массы находятся: продукты переработки семян горчицы, конденсат водяного пара и эфирное горчичное масло.
Пары эфирного горчичного масла имеют чрезвычайно острый запах, сильно раздражающий слизистые оболочки дыхательных путей, вызывают слезотечение. В связи с этим реактор необходимо выполнять из нержавеющей стали с герметичным уплотнением консольного вала 8 и фланцевых соединений. Давление в реакторе атмосферное, температура - не более 70°С. Избыточное давление в реакторе не допускается, для чего газовое пространство реактора трубопроводом соединено с конденсатором (на фиг. не показан), работающим под атмосферным давлением.
Эфирное горчичное масло характеризуется высокой летучестью (0,0012 мг/л при 20°С), пары его частично отделяются от побочных продуктов горчично-маслобойного производства и через штуцер 7, по трубопроводу поступают в конденсатор (на фиг не показан), где конденсируется.
Конденсат из конденсатора самотеком сливается в штуцер 7 реактора для увлажнения продуктов переработки семян горчицы.
Многоярусная мешалка приводится в движение электродвигателем, n=45 об/мин.
Интенсивное перемешивание для усреднения влажности смеси в течении нескольких минут обеспечивается в первых трех верхних ярусах. Для разрушения влажных комков продуктов переработки семян горчицы в межярусном пространстве предусмотрены ножи 12, расположенные под углом к горизонтальной плоскости, каждый из которых закреплен на стенке корпуса с помощью винтовой пружины 11, а на консольном валу 8 под каждым статистическим перемешивающим устройством под тем же углом к горизонтальной плоскости установлены лопасти лопастных мешалок 9.
Проведение процесса гидролиза синигрина во влажных продуктах переработки семян горчицы в течение 15 минут при температуре 50-55°C выдерживается путем ограничения времени пребывания реакционной массы в реакторе, что достигается выбором соотношения объемов аппарата и выгружаемой реакционной массы. Нагрев продуктов переработки семян горчицы осуществляется путем смешения их с водой, поступающей в реактор с температурой 70-75°С. Снаружи реактор снабжен теплообменной змеевиковой рубашкой 15. Термостатирование процесса осуществляется автоматически за счет подачи горячей воды в теплообменную змеевиковую рубашку 15.
В штуцере выхода готового продукта 3 на консольном валу 8 закреплен шнековый дозатор 14.
Выгрузка сыпучей реакционной массы (гидролизата) из конуса реактора производится шнековым дозатором 14 с заданной скоростью непрерывно.
После завершения гидролиза синигрина реакционная масса (гидролизат), содержащая эфирное горчичное масло, из конусного днища 2 реактора шнековым дозатором 14 транспортируются на стадию отпарки эфирного масла (на фиг. не показано).
Выдерживание параметров технологического процесса гидролиза синигрина внутри аппарата обеспечивает предлагаемая конструкция реактора: вертикальный цилиндрический аппарат с конусным днищем 2, снабженный в цилиндрической части статическим перемешивающим устройством 12 и многоярусной лопастной мешалкой 9.
Благодаря реализации отличительных признаков полезной модели достигается увеличение степени конверсии за счет равномерного измельчения и перемешивания реакционной массы в воде, во всем объеме реактора.