РЕАКТОР ПРЯМОГО ХЛОРИРОВАНИЯ ЭТИЛЕНА
REACTOR FOR DIRECT CHLORINATION OF ETHYLENE

Предлагаемое изобретение относится к конструкции аппаратов, применяемых в химической промышленности, в частности в производстве винилхлорида, для получения 1,2-дихлорэтана путем высокотемпературного прямого хлорирования газообразного этилена в среде жидкого циркулирующего 1,2-дихлорэтана (далее сокращенно дихлорэтана или ДХЭ). При этом циркуляция жидкого дихлорэтана в реакторах этого типа осуществляется за счет газлифта.
Известен реактор прямого хлорирования этилена (А.с. СССР №787079, М., кл. B01J 19/01, опубл. в «БИ» №46, 15.12.1980 г.) газлифтного типа, разработанный и применяемый для проведения реакций в системе жидкость - газ, в частности для проведения прямого хлорирования этилена в среде жидкого дихлорэтана и других органических соединений. Реактор включает вертикально расположенный герметичный корпус для восходящего потока дихлорэтана и вынесенную за пределы корпуса или расположенную внутри него и сообщающуюся с ним циркуляционную трубу для нисходящего потока дихлорэтана, образующие общий контур циркуляции дихлорэтана в реакторе. В нижней части корпуса реактора расположены устройства для ввода газообразных компонентов (хлора и этилена) в восходящий поток дихлорэтана, выполненные в виде штуцеров, вмонтированных в стенку корпуса. Внутри корпуса установлены секционирующие тарелки, расположенные по его высоте. В верхней части корпуса имеется штуцер для вывода паров дихлорэтана.
Недостатком конструкции известного реактора является неполное и неэффективное смешение газообразных компонентов с жидким циркулирующим дихлорэтаном вследствие ввода их непосредственно в жидкий дихлорэтан через боковой штуцер без предварительного диспергирования и без равномерного распределения по поперечному сечению реакционного пространства корпуса реактора, что предопределяет низкую селективность процесса хлорирования этилена до 1,2-дихлорэтана.
Известен реактор прямого хлорирования этилена (Патент РФ №2075344, МКИ B01J 9/00, опубликован в «БИ» №8, 20.03.1997 г.) газлифтного типа, включающий вертикально расположенный герметичный корпус для восходящего потока дихлорэтана, сообщающуюся с ним внутреннюю циркуляционную трубу для нисходящего потока дихлорэтана, образующие общий контур циркуляции в реакторе. Внутри корпуса установлены распределительные устройства барботажного типа для ввода газообразных компонентов (хлора и этилена), расположенные в нижней части корпуса между стенкой корпуса и циркуляционной трубой на уровне нижней части циркуляционной трубы. В верхней части корпуса установлены секционирующие тарелки, расположенные между стенкой корпуса и циркуляционной трубой на уровне верхней половины циркуляционной трубы. Реактор имеет штуцеры для подачи газообразных компонентов (хлора, этилена) в распределительные устройства, а также штуцер для ввода дихлорэтана подпитки и штуцер для вывода паров дихлорэтана. В корпусе установлено сообщенное с нижним концом циркуляционной трубы направляющее устройство, расположенное в нижней части корпуса под распределительными устройствами для ввода газообразных компонентов и циркуляционной трубой.
Основные функциональные зоны работы известного реактора - зона абсорбции хлора, зона реакции, зона кипения - расположены на участке восходящего потока циркуляции дихлорэтана. Эти зоны характеризуются большой по отношению к их высотам площадью поперечного сечения. В верхнем переходном участке реализуется процесс сепарации парогазовой фазы из потока циркулирующего дихлорэтана. Нисходящий участок потока циркуляции, имеющий большую среднюю плотность по сравнению с восходящим потоком, обеспечивает движущую силу процесса циркуляции потока дихлорэтана в реакторе. Нижний переходный участок, кроме поворота и частичного выравнивания скоростей потока на выходе - чисто гидравлическая функция - в иных физических и химических процессах, реализуемых в известном реакторе для обеспечения процесса синтеза, не участвует, т.е. в этом отношении является нейтральным.
Недостатком известного реактора является невозможность обеспечения равномерного распределения по всему поперечному сечению зоны абсорбции и реакционной зоны реактора вводимых в них газообразных компонентов. По этой причине известный реактор не обеспечивает равномерного и интенсивного смешения газообразных компонентов реакции с потоком жидкого циркулирующего дихлорэтана в зонах абсорбции и реакции. Кроме того, в известном реакторе весьма велик объем зоны абсорбции, в которой хлор в отсутствии этилена реагирует с 1,2-дихлорэтаном, синтезируя продукты побочных реакций. В целом это приводит к снижению селективности процесса синтеза 1,2-дихлорэтана и к необходимости повышения избытка расхода этилена над расходом хлора, а следовательно, к снижению эффективности работы реактора по выходу целевого продукта, то есть 1,2-дихлорэтана.
Неравномерность ввода в поток циркулирующего дихлорэтана и смешения газообразных компонентов с циркулирующим дихлорэтаном, а также неравномерность их распределения в восходящем потоке жидкого циркулирующего дихлорэтана определяются следующими основными факторами:
- большой площадью поперечного сечения зон абсорбции хлора и реакции по отношению к их высоте и малой скоростью восходящего потока дихлорэтана в этих зонах по сравнению с более высокой скоростью нисходящего потока жидкого дихлорэтана в циркуляционной трубе. В известном реакторе диаметр циркуляционной трубы не превышает 1/3 диаметра корпуса реактора, это определяет соотношение площадей циркуляционной трубы и кольцевого пространства между корпусом и циркуляционной трубой, составляющее не менее 1/9, что в свою очередь определяет низкую приведенную скорость восходящего потока жидкого циркулирующего дихлорэтана в кольцевом пространстве корпуса, которая более чем в 9 раз меньше приведенной скорости нисходящего потока жидкого дихлорэтана в циркуляционной трубе;
- сложной конфигурацией и большой протяженностью элементов распределителей ввода газообразных компонентов, что само по себе определяет неравномерность ввода газообразных компонентов в поток циркулирующего дихлорэтана по площади его поперечного сечения.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы реактора по выходу целевого продукта за счет повышения селективности процесса синтеза 1,2-дихлорэтана и снижения избытка расхода этилена над расходом хлора.
Поставленная задача решается тем, что в реакторе прямого хлорирования этилена, включающем вертикально расположенный герметичный корпус для восходящего потока дихлорэтана и сообщающуюся с ним циркуляционную трубу для нисходящего потока дихлорэтана, расположенные в корпусе распределительные устройства для ввода хлора и этилена в восходящий поток дихлорэтана, секционирующие тарелки, штуцеры для подачи хлора и этилена в распределительные устройства, штуцер для ввода дихлорэтана подпитки, штуцер для вывода паров дихлорэтана, согласно изобретению внутри циркуляционной трубы установлены расположенные по ее высоте в пределах от 0,3 до 3,0 диаметров циркуляционной трубы от ее нижнего конца распределительные устройства для ввода хлора и этилена в нисходящий поток дихлорэтана.
Распределительные устройства для ввода хлора и этилена, установленные внутри циркуляционной трубы, могут быть выполнены в виде устройств барботажного типа.
Распределительные устройства для ввода хлора и этилена, установленные внутри циркуляционной трубы, могут быть выполнены в виде устройств струйного типа.
Распределительные устройства хлора и этилена, установленные внутри циркуляционной трубы, могут быть выполнены в виде устройств струйно-эжекционного типа.
Распределительное устройство для ввода хлора, установленное внутри циркуляционной трубы, может быть расположено над распределительным устройством для ввода этилена на расстоянии не более 1,0 диаметра циркуляционной трубы.
Распределительное устройство для ввода хлора, установленное внутри циркуляционной трубы, может быть расположено на одном уровне с распределительным устройством для ввода этилена.
Технический результат предлагаемого изобретения выражается в повышении селективности процесса синтеза 1,2-дихлорэтана и в снижении избытка расхода этилена над расходом хлора. Указанный технический результат достигается за счет повышения равномерности ввода газовых компонентов в нисходящий поток циркулирующего дихлорэтана по его поперечному сечению, за счет высокой скорости нисходящего потока жидкого дихлорэтана в циркуляционной трубе, которая более чем в 9 раз превышает скорость восходящего потока дихлорэтана в кольцевом пространстве корпуса реактора, и увеличения скоростей процессов абсорбции хлора и хемосорбции этилена, за счет уменьшения более чем в 10-50 раз объема зоны абсорбции хлора.
Верхний предел размещения распределительных устройств хлора и этилена в циркуляционной трубе на высоте 3,0 ее диаметров от ее нижнего конца определен экспериментальным путем и является максимально допустимым для поддержания высокой скорости циркуляции нисходящего потока жидкого дихлорэтана в циркуляционной трубе и для избежания вскипания дихлорэтана в зоне реакции.
Нижний предел их размещения, характеризуемый значением 0,3 диаметра циркуляционной трубы, также определен экспериментальным путем и является минимально допустимым, для того чтобы процесс смешивания хлора и этилена с нисходящим потоком жидкого дихлорэтана произошел в нижней части циркуляционной трубы еще до его выхода из нее, то есть там, где имеются условия для наиболее интенсивного перемешивания этих газов и для высокой скорости их хемосорбции.
Размещение распределительного устройства для ввода хлора над распределительным устройством для ввода этилена на расстоянии не более 1,0 диаметра циркуляционной трубы обусловлено тем, что при большем расстоянии необоснованно увеличивается объем зоны абсорбции хлора и, соответственно, увеличивается синтез побочных продуктов от взаимодействия хлора с 1,2-дихлорэтаном и снижается селективность процесса синтеза 1,2-дихлорэтана.
Размещение распределительных устройств для ввода хлора и этилена на одном уровне дает возможность в случае установки их на верхнем пределе максимально использовать рабочий объем нижней части циркуляционной трубы в качестве зоны реакции, а в случае их установки на нижнем пределе - максимально использовать нижнюю часть циркуляционной трубы, где создается более высокое давление столба жидкого дихлорэтана, способствующее ускорению процессов абсорбции хлора и хемосорбции этилена.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан схематично общий вид реактора в продольном разрезе с расположением основных функциональных зон в период запуска реактора при выводе его на режим циркуляции жидкого дихлорэтана путем подачи хлора и этилена только через распределительные устройства, установленные в корпусе реактора, на фиг.2 показан схематично общий вид реактора в разрезе с расположением основных функциональных зон в режиме промышленной эксплуатации реактора при вводе хлора и этилена только через распределительные устройства, установленные внутри циркуляционной трубы.
Реактор прямого хлорирования этилена газлифтного типа, показанный на фиг.1 и 2, включает вертикально расположенный герметичный корпус 1 для восходящего потока дихлорэтана и сообщающуюся с ним внутреннюю циркуляционную трубу 2 для нисходящего потока дихлорэтана. В нижней части корпуса 1 в кольцевом пространстве между стенками корпуса 1 и циркуляционной трубой 2 установлены распределительные устройства барботажного типа для ввода газообразных компонентов реакции в восходящий поток дихлорэтана - распределительное устройство 3 для ввода хлора и распределительное устройство 4 для ввода этилена. При этом распределительное устройство 3 для ввода хлора расположено под распределительным устройством 4 для ввода этилена. Каждое распределительное устройство 3 и 4 выполнено в виде комплекта трубчатых колец с отверстиями (не показаны) для выхода газообразных компонентов реакции. В верхней части корпуса 1 установлены секционирующие тарелки 5, размещенные в кольцевом пространстве, образованном между стенкой корпуса 1 и циркуляционной трубой 2. В стенке корпуса 1 смонтированы штуцеры 6 и 7 для подачи газообразных компонентов реакции в распределительные устройства 3 и 4 - штуцер 6 для подачи хлора и штуцер 7 для подачи этилена. В днище корпуса 1 вмонтирован штуцер 8 для ввода дихлорэтана подпитки, а в верхней части корпуса 1 установлен штуцер 9 для вывода паров дихлорэтана. Внутри циркуляционной трубы 2 установлены распределительные устройства 10 и 11 барботажного типа для ввода хлора и этилена в нисходящий поток дихлорэтана. К распределительным устройствам 10 и 11 подведены патрубки 12 и 13 со штуцерами 14 и 15 для подачи хлора и этилена соответственно.
Распределительные устройства 10 и 11 могут быть выполнены в виде устройств струйного или струйно-эжекционного типа и могут иметь сопла или сопла со смесительными камерами (не показаны) для ввода газообразных компонентов реакции в нисходящий поток жидкого дихлорэтана.
Распределительные устройства 10 и 11 для ввода хлора и этилена, установленные внутри циркуляционной трубы 2, могут быть расположены по высоте циркуляционной трубы 2 в пределах от 0,3 до 3,0 ее диаметров от ее нижнего конца (фиг.1 и 2).
Распределительное устройство 10 для ввода хлора, установленное внутри циркуляционной трубы 2, может быть расположено над распределительным устройством 11 для ввода этилена на расстоянии не более 1,0 диаметра циркуляционной трубы 2 (фиг.1 и 2). Распределительное устройство 10 для ввода хлора, установленное внутри циркуляционной трубы 2, может быть расположено на одном уровне с распределительным устройством 11 для ввода этилена (не показано). Конструктивно распределительные устройства 10 и 11 барботажного типа выполнены в виде горизонтально установленных трубчатых колец с отверстиями (не показаны) для выхода газообразных компонентов реакции. В нижней части корпуса 1 реактора под распределительными устройствами 3 и 4 установлено сообщенное с нижним концом циркуляционной трубы 2 направляющее устройство 16, через которое сообщаются между собой внутренние пространства циркуляционной трубы 2 и корпуса 1 и которое служит для сглаживания профиля поля скоростей восходящего потока дихлорэтана.
Предлагаемый реактор работает следующим образом.
Прежде чем перейти к основному режиму эксплуатации реактора необходимо предварительно инициировать процесс циркуляции дихлорэтана, то есть создать восходящий поток дихлорэтана в кольцевом пространстве корпуса 1 и нисходящий поток жидкого дихлорэтана в циркуляционной трубе 2. Для этого вначале реактор заполняют до определенного уровня жидким дихлорэтаном с растворенным в нем катализатором, например хлорным железом. Затем при отключенных распределительных устройствах 10 и 11, расположенных в трубе 2, в реактор через штуцеры 6 и 7 и распределительные устройства 3 и 4 вводят газообразные компоненты, например соответственно хлор и этилен, с расходом согласно технологическому регламенту (см. фиг.1). Хлор в распределительное устройство 3 может вводиться и в жидком виде. При этом в кольцевом пространстве между корпусом 1 реактора и циркуляционной трубой 2 за счет снижения средней плотности газожидкостного потока образуется восходящий поток циркулирующего дихлорэтана, а в циркуляционной трубе 2 за счет более высокой плотности потока образуется нисходящий поток жидкого циркулирующего дихлорэтана, то есть создается газлифтное движение потока дихлорэтана с образованием общего вертикального контура циркуляции дихлорэтана в реакторе с необходимым расходом (см. фиг.1). Скорость нисходящего потока в циркуляционной трубе 2 доводится до величины не менее 0,25 м/с.
В верхней части корпуса 1 реактора над верхним концом циркуляционной трубы 2 образуется верхний переходный участок, где от восходящего потока из кольцевого пространства в корпусе 1 отделяется парогазовая смесь, а поток жидкого дихлорэтана меняет направление и переходит в циркуляционную трубу 2, образуя нисходящий поток жидкого дихлорэтана, имеющий более высокую скорость, превышающую более чем в 9 раз скорость восходящего потока дихлорэтана, циркулирующего в кольцевом пространстве корпуса 1. В нижней части корпуса 1 реактора, расположенной ниже уровня нижнего конца циркуляционной трубы 2, образуется нижний переходный участок циркуляционного потока, где нисходящий поток, выходящий из трубы 2 и входящий в направляющее устройство 16, меняет направление и переходит в восходящий поток в кольцевом пространстве между стенкой корпуса 1 и циркуляционной трубой 2. В период запуска заявляемого реактора процесс получения 1,2-дихлорэтана происходит так же, как в процессе получения дихлорэтана в реакторе по прототипу.
Вводимый через распределительное устройство 3 хлор при обеспечении равномерного его ввода по площади поперечного сечения потока и при возможно равномерном распределении скорости циркуляционного потока при подходе к распределительному устройству 4 для ввода этилена практически полностью растворяется в восходящем потоке циркулирующего дихлорэтана в зоне абсорбции, находящейся в процессе запуска реактора между распределительным устройством 3 для ввода хлора и распределительным устройством 4 для ввода этилена (см. фиг.1). Газообразный этилен, вводимый с возможной степенью равномерности через распределительное устройство 4 в восходящий поток циркулирующего дихлорэтана, вступает в реакцию с растворенным в нем хлором. В присутствии в реакционной среде катализатора этилен хлорируется, в основном на 97-99%, до 1,2-дихлорэтана. В процессе реакции хлорирования этилена выделяется большое количество тепла и температура в восходящем потоке циркулирующего дихлорэтана повышается. При этом температура в восходящем потоке циркулирующего дихлорэтана в зоне реакции, которая в режиме запуска реактора (см. фиг.1) расположена в рабочем пространстве корпуса 1, заключенном между распределительным устройством 4 и уровнем, расположенным выше уровня размещения нижней тарелки 5, не достигает значения, равновесного давлению в конце зоны реакции, т.е. температуры вскипания дихлорэтана. При дальнейшем подъеме потока дихлорэтана в пространство, расположенное выше уровня конца зоны реакции, то есть примерно выше уровня размещения нижней тарелки 5, давление в восходящем потоке продолжает снижаться и достигает значения, при котором температура потока дихлорэтана становится равновесной этому сниженному давлению. Это приводит к вскипанию дихлорэтана (начало зоны кипения) с образованием большого объема паров дихлорэтана. При дальнейшем подъеме потока кипение дихлорэтана продолжается и усиливается в связи с дальнейшим снижением давления вплоть до динамического уровня раздела паровой и жидкой фаз, расположенного выше верхнего конца циркуляционной трубы 2, где заканчивается зона кипения и начинается зона сепарации (см. фиг.1 и 2). С формированием зоны кипения соответственно увеличивается и стабилизируется расход потока дихлорэтана, циркулирующего в реакторе. Парогазовая смесь, состоящая из паров дихлорэтана и избыточного этилена, выводится из зоны сепарации реактора через штуцер 9.
Так как в процессе прямого хлорирования этилена в среде жидкого дихлорэтана с растворенным в нем хлором выделяется большое количество тепла реакции, в результате чего дихлорэтан вскипает и выводится из реактора в виде паров, расход которых примерно в шесть раз превышает расход синтезируемого дихлорэтана, объем жидкого циркулирующего дихлорэтана в реакторе уменьшается. Для предотвращения уменьшения объема и расхода жидкого дихлорэтана, циркулирующего в реакторе, в реактор через штуцер 8 вводят жидкий дихлорэтан подпитки с массовым расходом, равным разности массовых расходов паров дихлорэтана, выводимого из реактора через штуцер 9, и жидкого дихлорэтана, синтезируемого в реакторе (см. фиг.1 и 2).
Процесс запуска реактора можно осуществить также путем подачи в распределительные устройства 3 и 4 реактора или в одно из них инертного газа, например азота, или только этилена в распределительное устройство 4 без подачи хлора в распределительное устройство 3. В этом режиме во всем кольцевом пространстве корпуса 1, расположенном выше уровня ввода инертного газа или этилена и до границы раздела фаз в зоне сепарации, образуется газожидкостный поток с большим газосодержанием, который и создает газлифтное движение циркуляции потока жидкого дихлорэтана в реакторе. Отработанный инертный газ или этилен выводится из зоны сепарации через штуцер 9. Процесс запуска реактора можно осуществлять также путем создания общего контура циркуляции потока дихлорэтана с помощью насоса, подключенного к реактору (не показан) и включаемого в работу только на период запуска реактора при выводе его на режим циркуляции.
После стабилизации процесса циркуляции потока дихлорэтана в реакторе период запуска заканчивается и реактор переводится в основной режим промышленной эксплуатации (см. фиг.2). Для этого постепенно открывают подачу хлора и этилена через штуцеры 14 и 15 и через патрубки 12 и 13 в распределительные устройства 10 и 11, расположенные в циркуляционной трубе 2, соответственно увеличивая их расход до значения, заданного по технологическому регламенту. Одновременно уменьшают подачу хлора и этилена или инертного газа через штуцеры 6 и 7 в распределительные устройства 3 и 4 до полного прекращения их подачи в распределительные устройства 3 и 4 в момент, когда их подача через распределительные устройства 10 и 11 достигнет заданного значения расхода по технологическому регламенту.
Работа реактора в основном режиме промышленной эксплуатации происходит следующим образом (см. фиг.2). При подаче хлора в циркуляционную трубу 2 через распределительное устройство 10 объем зоны его абсорбции существенно уменьшается. Хлор более равномерно вводится в нисходящий поток циркулирующего дихлорэтана, имеющий существенно большее (практически на порядок) значение приведенной скорости и более равномерный профиль ее распределения по значительно меньшей площади сечения циркуляционной трубы 2, чем в восходящем потоке зоны абсорбции в кольцевом пространстве корпуса 1 в период запуска реактора. Это предопределяет более быстрое и равномерное перемешивание и растворение хлора в нисходящем потоке дихлорэтана в трубе 2. Вследствие существенно большей приведенной скорости нисходящего потока жидкого дихлорэтана в циркуляционной трубе 2, чем в зоне реакции в кольцевом пространстве корпуса 1, он значительно более турбулизован, чем восходящий поток в зоне реакции в кольцевом пространстве корпуса 1. Это обеспечивает дробление этилена на пузырьки меньшего размера и образование существенно большей поверхности межфазного контакта между газообразным этиленом и жидким циркулирующим дихлорэтаном с растворенным в нем хлором. Одновременно с этим относительное противоточное движение жидкой и газовой фаз в нисходящем потоке дихлорэтана, в конечном счете, приводит к более интенсивному протеканию процессов тепло- и массообмена и процесса прямого хлорирования этилена с получением 1,2-дихлорэтана.
При размещении распределительных устройств 10 и 11 на высоте 0,3 диаметра трубы 2 от ее нижнего конца более высокое давление столба жидкого дихлорэтана в нижней части трубы 2 по сравнению с его давлением в верхней части трубы 2 способствует ускорению процессов абсорбции хлора и хемосорбции этилена. Благодаря совокупному действию всех указанных факторов (интенсивное и равномерное перемешивание, повышенное давление и др.) процесс прямого хлорирования этилена в основном (на 40-50%) происходит в нижней части трубы 2, резко сокращается время контакта растворенного хлора с жидким дихлорэтаном и соответственно ускоряется процесс хемосорбции этилена. Поэтому существенно уменьшается интенсивность синтеза продуктов побочных реакций от взаимодействия хлора с дихлорэтаном, благодаря чему обеспечивается высокая селективность процесса получения 1,2-дихлорэтана и существенно снижается расход избыточного этилена.
В том случае когда распределительные устройства 10 и 11 размещены в циркуляционной трубе 2 на высоте 3,0 ее диаметров от ее нижнего конца, процесс хемосорбции этилена начинается несколько ниже указанной высоты и в осном заканчивается до выхода нисходящего потока дихлорэтана из циркуляционной трубы 2, то есть он проходит в условиях наибольшей интенсивности процессов массопередачи. Ориентировочно на начальном участке зоны реакции, начинающемся на высоте 3,0 диаметра циркуляционной трубы 2 и заканчивающемся у ее нижнего конца, успевает прореагировать 75-85% реакционных газов - хлора и этилена - за время, существенно меньшее времени пребывания восходящего потока циркуляции в зоне реакции в кольцевом пространстве корпуса 1. Благодаря этому концентрация растворенного хлора в остальной большей по объему части зоны реакции значительно снижается, что в свою очередь резко снижает синтез продуктов побочных реакций и обеспечивает высокую селективность процесса получения 1,2-дихлорэтана в целом по реактору и существенно снижает расход избыточного этилена.
При размещении распределительного устройства 10 для ввода хлора над распределительным устройством 11 для ввода этилена на расстоянии не более 1,0 диаметра трубы 2 обеспечивается кратковременность контакта растворенного хлора с жидким дихлорэтаном, что сводит к минимуму интенсивность образования продуктов побочных реакций. При размещении распределительного устройства 10 для ввода хлора на одном уровне с распределительным устройством 11 для ввода этилена минимизируется время контакта растворенного хлора с жидким дихлорэтаном и соответственно ускоряется процесс хемосорбции этилена, поэтому существенно уменьшается интенсивность синтеза продуктов побочных реакций. Во всех указанных случаях размещения распределительных устройств 10 и 11 по высоте трубы 2 процесс реакции практически заканчивается (примерно на 98-99%) в направляющем устройстве 16, то есть в нижнем переходном участке циркуляционного потока. На этом участке оставшаяся часть этилена находится преимущественно в виде пузырьков малого размера и все компоненты реакции равномерно распределены в массе потока, в котором турбулентность и поверхность контакта фаз еще существенно выше, чем в зоне реакции в кольцевом пространстве корпуса 1. При этом относительное движение газовой и жидкой фаз происходит перекрестно (пузырьки этилена, всплывая, пересекают горизонтальный поток дихлорэтана), что также ускоряет процессы массообмена. Здесь по мере завершения реакции хлорирования продолжается соответствующий рост температуры потока, но давление в нижней части корпуса 1 остается существенно большим давления, равновесного значению температуры, поэтому дихлорэтан не вскипает. Благодаря указанным факторам обеспечивается высокая селективность процесса получения 1,2-дихлорэтана и существенно снижается расход избыточного этилена. Далее реакция прямого хлорирования этилена продолжается в восходящем потоке жидкого дихлорэтана, то есть в кольцевом пространстве корпуса 1 реактора. В пределах конечной части зоны реакции между распределительным устройством 3 и областью нижней тарелки 5 вступают в реакцию оставшиеся 1-1,5% хлора, при этом имеет место более полная конверсия хлора в 1,2-дихлорэтан, так как остаточная концентрация хлора, растворенного в восходящем потоке циркулирующего дихлорэтана в конце зоны реакции, составляет не более 10-30 ррм. Для сравнения можно показать, что в конце зоны реакции при работе реактора по прототипу содержание остаточного (непрореагировавшего) хлора в кольцевом пространстве корпуса 1 доходит до 80-150 ррм. Дальнейшие по ходу восходящего потока процессы - вскипание потока дихлорэтана в области нижней тарелки 5 и его кипение до уровня раздела фаз на верхнем переходном участке, отделение паров дихлорэтана и абгазов в зоне сепарации от потока жидкого дихлорэтана, вывод паров с абгазами через штуцер 9 и возврат потока циркулирующего дихлорэтана в циркуляционную трубу 2 - происходят так же, как в период запуска реактора. При этом контур циркуляции дихлорэтана в реакторе с восходящим потоком в кольцевом пространстве корпуса 1 и с нисходящим потоком в циркуляционной трубе 2 сохраняется с необходимым расходом за счет более низкой средней плотности восходящего потока, обеспечиваемой кипением дихлорэтана в восходящем потоке, по отношению к средней плотности нисходящего потока, которая создается в нем при вводе в трубу 2 газообразных хлора и этилена.
Таким образом, по сравнению с прототипом предложенный реактор при равных общих объемах реакторов и равных параметрах расхода газообразных компонентов реакции обеспечивает ведение процесса синтеза 1,2-дихлорэтана с большей эффективностью по выходу 1,2-дихлорэтана и с более высокой селективностью, имеющей значение порядка 99,6-99,8%, с меньшим избытком расхода этилена над расходом хлора, имеющим значение порядка 1-3%, и меньшей остаточной концентрацией хлора в восходящем потоке циркулирующего дихлорэтана, составляющей 10-30 ррм.