РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА ПОЛИМЕРИЗАЦИИ (ВАРИАНТЫ)
REACTOR FOR PERFORMANCE OF POLYMERISATION PROCESS (VERSIONS)

Изобретение относится к конструкциям аппаратов для проведения процессов полимеризации в растворе или суспензии и может быть использовано, например, для синтеза бутилкаучука.
Известно, что реакция полимеризации изобутилена с изопреном в присутствии катализатора - модифицированного хлористого алюминия протекает мгновенно с низкой энергией активации. Поэтому для подавления нежелательных процессов, таких как передача цепи и обрыв цепи, ее (реакцию) проводят при предельно низкой температуре - близкой к температуре замерзания разбавителя. В качестве разбавителя используется хлористый метил. Катализаторный раствор необходимо подавать с температурой, равной или ниже температуры полимеризации. Однако в реальных условиях, несмотря на предварительное охлаждение катализаторного раствора в специальном холодильнике, в силу неизбежных тепловых потерь в полимеризатор катализаторный раствор приходит с температурой на 10-20°С выше. Переохлаждение катализаторного раствора на соответствующее количество градусов невозможно, поскольку температура полимеризации поддерживается близкой к температуре замерзания катализаторного раствора. Это приводит к избыточному образованию низкомолекулярного полимера в момент первого контакта с мономерами, что является одной из главных причин полимерных отложений на внутренних поверхностях и, как следствие, к ускорению забивки полимеризатора и выводу его на чистку.
Известен реактор полимеризации (патент США №5417930, кл. С08F 2/00, опубликован 23.05.95), включающий в себя двухтрубчатую распределительную систему, состоящую из внутреннего или центрального пучка труб, через которые реакционная смесь подается в одном направлении и рециркулируется через внешний пучок труб в противоположном направлении, и заключенную в цилиндрический корпус. Для поглощения тепла реакции в межтрубное пространство подается хладагент.
Этот реактор имеет недостаток, заключающийся в том, что при самой незначительной забивке любой из трубок эта трубка полностью выключается из работы, резко сокращая теплопередающую поверхность и сокращая продолжительность непрерывного процесса.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является реактор для проведения процесса полимеризации (патент РФ №1615935, кл. В01J 19/18, опубликован бюл. №19, 1994 г.). Реактор содержит цилиндрический корпус, многоярусную лопастную мешалку, пучки теплообменных трубок, которые разделены на сектора, и технологические штуцера для подачи полимеризационной шихты и вывода продуктов реакции. Штуцера для подачи полимеризационной шихты и вывода продуктов реакции расположены на нижней и верхней крышках соответственно. Штуцер для подачи катализаторного раствора расположен на боковой поверхности корпуса.
Хладагент для поглощения тепла реакции подается внутрь трубок пучков, а реакционная масса находится в межтрубном пространстве.
Недостатком описанного реактора является то, что катализаторный раствор, предварительно охлажденный в выносном холодильнике до температуры, близкой к температуре реакции, в реактор входит в силу неизбежных тепловых потерь на 10-20°С выше температуры реакции. Это, как указано выше, приводит к забивке реактора низкомолекулярным полимером.
Задачей настоящего изобретения является увеличение производительности реактора полимеризации за счет дополнительного охлаждения катализаторного раствора и вследствие чего увеличения длительности процесса до забивки.
Указанный результат достигается реактором для проведения процесса полимеризации, содержащим цилиндрический корпус, многоярусную лопастную мешалку, пучки теплообменных трубок, разделенных на сектора и ограниченных верхними и нижними крышками, технологические штуцера для подачи шихты, вывода продуктов реакции и хладагента, который снабжен теплообменным устройством для подачи и охлаждения катализаторного раствора типа «труба в трубе», встроенным вместо одной трубки пучка и расположенным в периферийной зоне со стороны перемешивающего устройства, причем трубка для подачи и охлаждения катализаторного раствора расположена внутри трубки с хладагентом, штуцер для подачи катализаторного раствора расположен в верхней крышке пучка, для вывода катализаторного раствора из трубки предназначен опуск, который направлен выходным торцом в сечение расположения второго яруса перемешивающего устройства, считая снизу.
Реактор может быть снабжен одним или более теплообменным устройством для подачи и охлаждения катализаторного устройства, в последнем случае теплообменные устройства расположены в диаметрально расположенных пучках теплообменных трубок.
Как вариант предлагается реактор для проведения процесса полимеризации, содержащий цилиндрический корпус, многоярусную лопастную мешалку, пучки теплообменных трубок, разделенных на сектора и ограниченных верхними и нижними крышками, технологические штуцера для подачи шихты, вывода продуктов реакции и хладагента, который снабжен теплообменным устройством для подачи и охлаждения катализаторного раствора, выполненным в виде трубки и расположенным в периферийной зоне пучка теплообменных трубок со стороны перемешивающего устройства, штуцер для подачи катализаторного раствора расположен в верхней крышке пучка, для вывода катализаторного раствора из трубки предназначен опуск, который направлен выходным торцом в сечение расположения второго яруса перемешивающего устройства, считая снизу.
Реактор может быть снабжен одним или более теплообменным устройством, в последнем случае теплообменные устройства расположены в нескольких пучках, равноудаленных друг от друга.
На фиг.1 и 3 схематично изображен вертикальный разрез предлагаемого реактора соответственно вариант 1 и вариант 2; на фиг.2 и 4 - горизонтальное сечение реактора соответственно по варианту 1 и варианту 2.
Реактор для проведения процесса полимеризации состоит из корпуса 1, верхнего и нижнего днищ 2 и 3, в котором расположены равномерно по сечению корпуса теплообменные пучки 4. Для подачи хладагента предназначена нижняя крышка 5 пучка 4, для вывода - верхняя крышка 6. Реактор снабжен многоярусным перемешивающим устройством 7. Дли ввода полимеризационной шихты на нижнем днище 3 реактора смонтирован штуцер 8, для вывода реакционной смеси на верхнем днище 2 смонтирован штуцер 9. Реактор снабжен теплообменным устройством для подачи и охлаждения катализаторного раствора, выполненным в виде «труба в трубе» трубки 10 и 11 соответственно (см. фиг.1) и в виде трубки 10 (см. фиг.3). Для вывода катализаторного раствора в нижней части трубки 10 смонтирован опуск 12. Детали 10, 11 и 12 представляют собой встроенное теплообменное устройство 13 типа «труба в трубе», которое на фиг.1 обозначено штриховыми линиями.
На фиг.2 изображен вид сверху на реактор без верхней крышки (вариант 1). Основные детали: 1 - цилиндрический корпус, 4 - теплообменные пучки (в данном случае их шесть), 13 - теплообменное устройство (в данном случае их два), 7 - многоярусное перемешивающее устройство.
На фиг.4 изображен вид сверху на реактор без верхней крышки (вариант 2). Основные детали: 1 - цилиндрический корпус, 4 - теплообменные пучки (в данном случае их шесть), 10 - теплообменные трубки для подачи катализатора (в данном случае их 3), 7 - многоярусное перемешивающее устройство.
Реактор работает следующим образом. Полимеризационную шихту, состоящую из смеси изобутилена с изопреном, разбавленную хлористым метилом и заранее охлажденную до температуры реакции, подают потоком 14 в штуцер 8. Вывод реакционной смеси осуществляют потоком 15 через штуцер 9 при интенсивном перемешивании многоярусным перемешивающим устройством. Съем выделяющего в результате реакции и перемешивания тепла ведут через развитую поверхность теплообменных пучков 4 хладагентом. Хладагент подают в нижние крышки 5 потоками 16. Отработанный хладагент собирают в верхних крышках 6 пучков 4 и потоками 17 выводят в рецикл. Катализаторный раствор, представляющий собой слабо концентрированный раствор модифицированного хлористого алюминия в хлористом метиле, с температурой кипения на 10-20°С выше температуры реакции потоком 18 подают в теплообменное устройство 13 (вариант 1). Теплообменное устройство 13 встроено вместо одной трубки пучка и расположено в периферийной зоне пучков теплообменных трубок 4 со стороны многоярусного перемешивающего устройства 7. Охлажденный хладагентом до температуры реакции катализаторный раствор через опуск 12, выходной торец которого направлен в сечение второго яруса перемешивающего устройства, считая снизу, поступает в зону наиболее интенсивного перемешивания и, смешиваясь с реакционной смесью при температуре реакции, обеспечивает получение полимера с минимальным содержанием низкомолекулярной фракции.
Для улучшения распределения катализатора по сечению реактора возможна установка двух теплообменных устройств, как показано на фиг.2. Реактор работает как в предыдущем случае, но катализаторный раствор подается в два теплообменных устройства 13, расположенных в диаметрально расположенных пучках теплообменных трубок, что позволяет более равномерно распределить катализатор по сечению реактора и увеличить надежность охлаждения катализатора до возможно более низкой температуры.
По варианту 2 охлаждение катализаторного раствора в реакторе осуществляется реакционной смесью (фиг.4). В этом случае катализаторный раствор подают по трубке 10, которая расположена в периферийной зоне пучка теплообменных трубок 4 со стороны перемешивающего устройства. Охлажденный до температуры реакции катализаторный раствор через опуск 12, выходной торец которого направлен в сечение второго яруса перемешивающего устройства, считая снизу, также попадает в зону наиболее интенсивного перемешивания и, смешиваясь с реакционной смесью при температуре реакции, обеспечивает получение полимера с минимальным содержанием низкомолекулярной фракции.
Для увеличения надежности охлаждения катализатора и улучшения его распределения по сечению реактора возможна установка трубок в нескольких пучках, равноудаленных друг от друга. На фиг.4 показана установка трех теплообменных трубок 10. Вариант 2 позволяет упростить конструкцию реактора.
Таким образом, предлагаемая конструкция по сравнению с известной позволяет за счет дополнительного охлаждения катализаторного раствора увеличить длительность цикла и, как следствие, увеличить производительность реактора.