РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА ПОЛИМЕРИЗАЦИИ
POLYMERISATION REACTOR

Изобретение относится к реакционному оборудованию для производства полимерных материалов и может быть использовано, в частности, в процессе синтеза бутилкаучука.
Известен реактор для проведения процесса полимеризации, содержащий цилиндрический корпус с рубашкой, установленную в нем соосно охлаждаемую циркуляционную трубу с полыми стенками, приводимую во вращение индивидуальным приводом, устройства ввода и вывода хладагента, привод с валом, на котором установлено перемешивающее устройство, и рамы со скребками для очистки внутренней поверхности корпуса, наружной и внутренней поверхностей циркуляционной трубы, и осевой насос, создающий циркуляцию содержимого реактора по центральной трубе, образованной внутренней стенкой вращающейся циркуляционной трубы, и, далее, по периферийной зоне, образованной наружной стенкой циркуляционной трубы и стенкой корпуса. Охлаждение корпуса производится подачей этилена в рубашку, а циркуляционной трубы - подачей этилена во вращающийся вал (авт.св. СССР №1144229, В01 J 19/00, опубл. 15.10.1987).
Недостатком этого реактора является сложность конструкции, связанная с необходимостью уплотнения коммуникаций прямого и обратного этилена, подаваемого во вращающуюся циркуляционную трубу, наличием неконтролируемых внутренних разъемов, работающих в циклическом температурном режиме.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является полимеризатор, содержащий цилиндрический корпус с теплообменной рубашкой, соосно расположенную циркуляционную трубу, скребковое устройство с валом, мешалку в виде осевого насоса и технологические штуцеры. (Авт.св. СССР №1279664, B01J 19/18, опубл. 30.12.1986.) Охлаждение аппарата осуществляется кипящим этиленом, подаваемым в рубашку корпуса и теплообменную полость циркуляционной трубы.
Исходные реагенты (шихта) подаются в штуцер отдельно от катализаторного раствора, подаваемого в другой штуцер. Штуцеры для подачи шихты и катализаторного раствора расположены в нижней крышке аппарата.
Этот полимеризатор имеет ряд недостатков.
Во-первых, газожидкостная смесь, образующаяся в результате кипения этилена, выводится из верхней части циркуляционной трубы через нижнюю крышку по вертикальной петле, что связано с конструктивной особенностью рамы скребкового устройства, не позволяющей вывести газожидкостную смесь естественным образом с верхней части стакана. Эта петля препятствует равномерному выходу газожидкостной смеси и приводит к колебаниям питания циркуляционной трубы этиленом.
Во-вторых, скребковая рама, образуя консоль, подвержена скручивающим усилиям, что снижает надежность работы.
В-третьих, подача исходных реагентов и катализаторного раствора в одну зону повышает вероятность контакта концентрированного катализаторного раствора с концентрированными мономерами.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение эффективности работы реактора для проведения процесса полимеризации и надежности при эксплуатации за счет выравнивания концентраций взаимодействующих продуктов и стабилизации охлаждения теплообменных поверхностей.
Указанный результат достигается реактором для проведения процесса полимеризации, содержащим корпус с рубашкой охлаждения с соосно расположенным внутренним полым стаканом с полостью для хладагента, со штуцерами для ввода и вывода его, верхнее днище, на котором смонтированы штуцеры для подачи исходных соединений и расположены диаметрально противоположно, нижнее днище со штуцером для подачи катализаторного раствора, перемешивающее устройство типа осевого насоса и скребковое устройство, каждое со своим приводом, при этом привод скребкового устройства расположен на нижнем днище, а привод перемешивающего устройства - на верхнем.
Для направления катализаторного раствора в центральную трубу, образованную внутренней стенкой полого стакана, штуцер снабжен патрубком, направленным к оси реактора.
Для увеличения жесткости рамы скребкового устройства в отношении скручивающего усилия раму укрепляют геликоидальными ребрами.
Установка штуцеров для подачи исходных соединений (шихты) на верхней крышке диаметрально противоположно обеспечивает направление потоков в периферийную область, образованную стенкой корпуса и наружной стенкой стакана.
На фиг.1 показан общий вид реактора, на фиг.2 - скребкового устройства.
Реактор содержит корпус 1 с рубашкой охлаждения 2, со штуцером 3 для подачи хладагента и штуцером 4 для его вывода, скребковое устройство, содержащее раму 5 и закрепленные на ней скребки 6 (фиг.2), полый стакан 7, нижнее днище 8, куда вмонтирован штуцер 9 для подачи катализаторного раствора, и привод скребкового устройства, верхнее днище 10 со штуцерами 11, 12 для подачи шихты, штуцера 13 для вывода продуктов реакции, штуцеров 14 для подачи хладагента и штуцеров 15 для вывода хладагента. На верхнем днище монтируется привод осевого насоса 16.
Рама скребкового устройства (фиг.2) укреплена кольцами 17, 18 и геликоидальными ребрами 19.
Полимеризатор работает следующим образом.
В предварительно заполненный полимеризатор подают шихту двумя потоками через штуцеры 11 и 12, расположенные в верхней крышке. Осевой насос 16 приводит в движение содержимое полимеризатора по направлению вверх по центральной трубе, образованной внутренними стенками полого стакана 7 и далее через верхнее днище 10 вниз по периферийной зоне, образованной наружной стенкой полого стакана 7 и стенкой корпуса 1. Шихта, проходя периферийную зону совместно с циркулирующей смесью, смешивается с ней. При этом происходит усреднение концентрации продуктов. Далее содержимое реактора попадает в нижнее днище 8, откуда направляется в центральную трубу и таким образом замыкается контур циркуляции.
Катализаторный раствор подается через штуцер 9, расположенный в нижнем днище 8 и снабженный патрубком, направляющим поток катализатора на смешение с циркулирующей смесью с выровненными концентрациями продуктов и далее в центральную трубу. При этом создаются условия, при которых отсутствуют зоны, содержащие избыточные концентрации исходных соединений при смешении с катализатором, что способствует получению каучука однородного качества.
Для снятия тепла химической реакции и тепла, выделяющегося при работе осевого насоса и скребкового устройства, в рубашку корпуса 2 и в полый стакан 7 подают жидкий этилен, который испаряется и в виде парожидкостной смеси выводится из рубашки и стакана. При этом конструкция полимеризатора позволяет выводить парожидкостную смесь как из рубашки, так и из стакана без петли, что стабилизирует питание стакана хладагентом и создает условия для эффективного съема тепла.
Скребковое устройство (фиг.2) позволяет поддерживать тепловые возможности полимеризатора на высоком и постоянном уровне в течение длительного времени за счет очищения теплопередающих поверхностей от каучука, способного загрязнять стенку. Во время работы происходит налипание каучука на движущиеся детали скребкового устройства, что повышает сопротивление движению скребковой рамы и увеличивает усилие скручивания, особенно при нарушениях режима и увеличении концентрации каучука в реакционной смеси выше разрешенной. Геликоидальные ребра позволяют избежать необратимых деформаций рамы и выхода из строя полимеризатора.