РЕАКТОР ДЛЯ ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ

Полезная модель относится к области химического машиностроения, в частности, к реакторам для проведения жидкофазных химико-технологических процессов, и может быть использована в производстве различных фторорганических жидкостей на стадии термодеструкции, осуществляемой при повышенных температурах.
При термодеструкции используют емкостные реакторы. Например, известен реактор для термодеструкции при получении фторорганических жидкостей, который представляет собой цилиндрический аппарат, снабженный электрообогревом, каплеотбойником и штуцерами входа реагентов, а также выхода продукта и легких фракций (Фторсодержащие гетероцепные полимеры. Пономаренко В.А., Круковский С.П., Алыбина А.Ю., М.: «Наука», 1973, стр. 304).
Использование емкостного реактора предусматривает периодический режим процесса, что является основным недостатком данного аппарата.
Периодический режим проведения процесса термодеструкции - это его низкая скорость, наличие местного перегрева и высокая доля технологических потерь.
Необходимо отметить, что фторорганические жидкости при нагревании не стабильны. В таких случаях использование стандартных емкостных реакторов неэффективно, т.к. в них смеси греются в объеме в течение длительного времени, что сопряжено с определенными технологическими трудностями и высокими потерями ценного полупродукта.
Для термодеструкции при получении фторорганических жидкостей используют также роторно-пленочные реакторы. Например, в авторском свидетельстве SU 1790965, опуб. 30.01.93, описан пленочный выпарной реактор, который содержит вертикальный цилиндрический корпус с размещенными на нем теплообменными трубами, закрепленными в трубных решетках. В верхних концах теплообменных труб расположены пленкообразователи с закрепленными на них соосно колпачками. Нижние концы труб заканчиваются вставками с продольными прорезами, концы которых отогнуты внутрь в виде лопастей. На верхней трубной решетке размещена кольцевая перегородка. В нижней части аппарата находится подвижная тарелка-сепаратор, которая перемещается вдоль оси аппарата.
В авторском свидетельстве SU 1473788, опуб. 23.04.89, предлагают использовать реактор, в котором теплообменный элемент выполнен в виде желоба, размещенного по спирали, при этом электронагреватель выполнен в виде индуктора. Испаритель снабжен экраном из неэлектропроводного материала. Спиральная траектория движения пленки жидкости смягчает термический режим обработки продукта.
Роторно-пленочные реакторы, получившие значительное распространение в промышленности, имеют большие габариты, характеризуются сложностью изготовления и эксплуатации, требуют совершенствования как с позиции материальных затрат, так и проблем экологического характера.
Наиболее близким к предлагаемому решению является тонкопленочный роторный испаритель (авторское свидетельство SU 1526715, опуб. 07.12.89). Реактор состоит из корпуса с рубашкой, в центре которого установлен цилиндрический ротор с шарнирно закрепленными лопатками для распределения стекающей жидкости в тонкую пленку. Лопасти имеют особую форму, сложную в изготовлении, благодаря которой жидкость равномерно распределяется по стенкам.
Испарившиеся молекулы (легкая фаза) выводятся в виде пара из системы, либо конденсируются на «холодном пальце», остаток (тяжелая фаза) опускается по нагретой стенке в приемник.
Недостатками данного реактора являются сложность конструкции, металлоемкость и значительные энергозатраты на его изготовление.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели реактора для проведения термодеструкции является разработка конструкции, которая позволяет проводить непрерывный процесс с высокой удельной скоростью испарения.
Технический результат достигается тем, что разработанный реактор представляет собой вертикальный цилиндрический корпус, снабженный рубашкой, штуцерами для тангенциального ввода сырца, отгонки легких фракций, слива реакционной массы, отбора продукта, а также термогильзой для контроля температуры, внутри реактора расположен распределительный диск с возможностью вращения со скоростью не менее 600 оборотов в минуту, на диске перпендикулярно рассоложены выступы, при этом реактор содержит подшипник с креплением, который обеспечивает вращение вала.
Конструкция распределительного устройства разработана таким образом, что позволяет равномерно разбрызгивать жидкость по периферии за счет центробежной силы. Жидкая пленка стекает по нагреваемой гладкой стенке аппарата, благодаря чему обеспечивается чрезвычайно высокая удельная скорость испарения. За счет повышения удельной скорости испарения достигается высокий выход целевого продукта.
Минимальная скорость вращения распределительного устройства составляет 600 оборотов в минуту, именно при такой скорости происходит образование жидкой пленки. Увеличение скорости вращения повышает затраты электроэнергии и не влияет на выход конечного продукта.
Реактор сконструирован с применением коррозионностойких материалов, устойчивых к воздействию агрессивной среды в условиях высокой температуры (порядка 200°С), создающихся в технологическом процессе.
На фигуре 1 представлен общий вид предлагаемого реактора.
Корпус вертикального цилиндрического реактора (поз.1) выполнен из коррозионно-устойчивого материала и снабжен рубашкой (поз. 2) для создания необходимого температурного режима. В рубашке предусмотрены штуцера для входа (поз. 3) и выхода (поз. 4) теплоносителя. В корпусе реактора установлены термогильза (поз. 5), штуцер для отвода готового продукта (поз. 6) и штуцер для подачи исходного продукта (поз. 7). Реактор снабжен распределительным диском (поз. 8), креплением подшипника (поз. 9) и подшипником (поз. 10), который обеспечивает вращение вала (поз. 12), а также торцевым уплотнением вала (поз. 11). Скорость вращения вала регулируется электроприводом с блоком управления (поз. 13). В верхней части реактора предусмотрен штуцер (поз. 14) для отвода газообразных продуктов деструкции.
На фигуре 2 представлена схема распределительного устройства, благодаря которому достигается высокая удельная скорость испарения.
Распределительное устройство представляет собой диск, на котором перпендикулярно расположены выступы.
Рассмотрим работу реактора для термодеструкции на примере фторорганической жидкости, полученной на основе гексафторпропилена.
Реактор нагревают до температуры плюс 200°С, далее через штуцер поз. 7 осуществляют подачу операционного количества сырья фторорганической жидкости. Устанавливают скорость вращения распределительного диска поз. 8-600 оборотов в минуту. За счет
центробежной силы, подаваемого сырца, происходит образование тонкой пленки на стенках реактора. Заданная температура в реакторе поддерживается регулированием температуры теплоносителя, подаваемого в рубашку. В процессе термодеструкции происходит образование газообразных продуктов деструкции, которые через штуцер поз. 14 направляются в ловушку на конденсацию.
Полученная реакционная масса из реактора далее поступает на выделение конечного продукта. Таким образом, в предложенном реакторе реализована проточная схема процесса термодеструкции сырца фторорганической жидкости.
Предлагаемая конструкция реактора обеспечивает непрерывность процесса термодеструкции фторорганической жидкости при высокой удельной скорости испарения без применения дополнительных сложных устройств.
В настоящее время изготовлен образец реактора, который прошел испытания, подтвердил высокую надежность в эксплуатации и позволил решить все поставленные задачи.
Экспериментально установлено, что вся заявленная совокупность конструктивных признаков способствует достижению технического результата и в итоге решает поставленную задачу.
Реактор прост в эксплуатации и позволяет достигать высокого выхода целевого продукта.