АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЖИДКОФАЗНЫХ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Полезная модель относится к химической технологии, в частности, к аппаратам для проведения жидкофазных гетерогенных химико-технологических процессов и может быть использована в производстве тротила, динитротолуола, нитробензола для осуществления процессов нитрования.
Известен аппарат, совмещенный с центробежным сепаратором, расположенным на одном валу с перемешивающим устройством (Иванов Т.Т. "Химия и технология взрывчатых веществ", София, 1983, с.167-171). Известен также аппарат, совмещенный с центробежным сепаратором, расположенным на одном валу с перемешивающим устройством и устройствами для возврата рециркулируемой и нерециркулируемой фаз (Патент РФ №2030373), который выбран в качестве наиболее близкого по техническим решениям аналога.
Реактор аппарата представляет собой цилиндрический сосуд со сферическим днищем, имеет охлаждающие змеевики и механическую мешалку. На одном валу с мешалкой расположен центробежный сепаратор. Реакционная масса из реактора подается в сепаратор с помощью конического подъемника, выполненного как одно целое с центробежным сепаратором. Над коническим подъемником в нижней части сепаратора на продольных ребрах установлен отражательный диск, а в верхней части сепаратора на продольных ребрах установлены стаканы в виде открытых с двух сторон цилиндров. В полость каждого цилиндра введен патрубок для отвода тяжелой фазы, который, в свою очередь, выполнен съемным и закреплен на стенке сепаратора. В верхнем диске сепаратора выполнены отверстия для выхода из сепаратора отсепарированной легкой фазы. Стаканы с отводными патрубками образуют гидрозатворы, предотвращающие взаимное проникновение отсепарированных фаз. Для быстрой остановки технологического процесса с немедленным прекращением выхода отсепарированных фаз из аппарата предусмотрены устройства возврата тяжелой и легкой фаз обратно в реактор.
В процессе эксплуатации таких аппаратов был выявлен такой недостаток, как отставание жидкости при вращении относительно полости, ограниченной отражательным диском, дном сепаратора и стенкой сепаратора в его нижней части. Этот недостаток в итоге ведет к уменьшению подъемной силы жидкости относительно стенки сепаратора, т.е. жидкость в указанной полости как бы частично зависает, и ей не хватает энергии для быстрого прохода под напором в полость сепаратора над отражательным диском. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению производительности сепаратора по эмульсии и ухудшению степени сепарации.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности работы сепаратора и эффективности разделения эмульсии на легкую и тяжелую фазы.
Технический результат достигается тем, что над коническим подъемником между дном сепаратора и отражательным диском дополнительно установлены радиальные лопатки, образующие совместно с дном сепаратора и отражательным диском закрытое колесо центробежного насоса, причем наружный диаметр отражательного диска составляет 0,95÷0,98 внутреннего диаметра нижней части сепаратора на уровне установки отражательного диска.
На фиг.1 изображен аппарат, продольный разрез; на фиг.2 - узел I, на фиг.3 - узел II. Аппарат содержит реактор 1 со змеевиковым теплообменным устройством 2, циркуляционную трубу 3, установленную на крышке 4 аппарата. Крышка 4 снабжена приемными карманами 5 и 6 отсепарированных тяжелой и легкой фаз. Реактор снабжен клапаном 7 аварийного слива и устройствами 8 и 9 для возврата тяжелой и легкой фаз обратно в аппарат. На валу 10 привода 11 закреплены перемешивающее устройство 12 и центробежный сепаратор 13 с коническим подъемником 14. Сепаратор 13 в нижней части снабжен отражательным диском 15, закрепленным на продольных ребрах 16, в верхней части сепаратора на продольных ребрах установлены цилиндры 17, а съемные отводные патрубки 18 тяжелой фазы закреплены на стенке сепаратора и соосно введены в полость цилиндров 17. В верхнем диске 19 сепаратора выполнены отверстия 20 для вывода легкой фазы. Над коническим подъемником 14 между дном 21 сепаратора и отражательным диском 15 дополнительно установлены радиальные лопатки 22, образующие совместно с дном 20 и отражательным диском 15 закрытое колесо 23 центробежного насоса. Наружный диаметр отражательного диска 15 составляет 0,95÷0,98 внутреннего диаметра нижней части сепаратора на уровне установки отражательного диска.
Аппарат работает следующим образом. В реакционную зону реактора 1 непрерывно подаются исходные компоненты. Заданная температура в реакторе поддерживается подачей теплоносителя в змеевики 2. Реакционная масса в виде эмульсии с помощью конического подъемника 14 непрерывно поступает в нижнюю часть сепаратора, между дном 20 которого и отражательным диском 15 за счет радиальных лопаток 21 образовано закрытое колесо 22 центробежного насоса. Из полости насоса за счет создания колесом высокого напора эмульсия перетекает в верхнюю полость сепаратора над отражательным диском 15, где происходит разделение эмульсии. За счет разности удельных весов тяжелая фаза, например кислота, формируется в виде жидкостного кольца на большем радиусе и, дойдя до торцевых отверстий отводных патрубков 18, переливается в приемную камеру 5 тяжелой фазы и далее выводится через устройство 8 из аппарата. Легкая фаза, например тротил, формируется под верхним диском 19 на меньшем радиусе и, дойдя до отверстий 20 в диске, переливается по наружной поверхности диска 19 в приемную камеру 6 легкой фазы и далее выводится из аппарата через устройство 9. При аварийных ситуациях прекращаются дозировки компонентов в аппарат, автоматически открывается клапан 7 аварийного слива. Все содержимое реактора сливается в аварийную емкость.
Предложенное техническое решение было проверено на реконструированном аппарате в условиях валового производства. По сравнению с существующим техническим решением достигнуто увеличение производительности на 20% и повышение сепарации тяжелой и легкой фаз до 99,5% вместо 97% на существующем сепараторе.
Данное техническое решение рекомендовано использовать при проведении реконструкций существующих аппаратов.