РЕАКТОР

Техническое решение относится к химическому машиностроению, в частности, к вертикальным реакторам, предназначенным для проведения процесса синтеза и разделения химических веществ в многофазных средах, в том числе отпариванием (дегазацией) с дополнительным нагревом реакционной массы.
Известны конструкции аппаратов с мешалками, которые используют в качестве гидролизеров, включающие в себя цилиндрический корпус, вал с мешалкой и приводом, рубашку на стенке или змеевик, установленные соответственно снаружи или внутри аппарата, для подвода или отвода тепла от реакционной массы гидролиза [Васильцов Э.А. и др. Аппараты для перемешивания жидких сред. - Л.: Машиностроение, 1979, с.24, Стрейк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками.- М.: Химия, 1976. - с.70-74].
Известны аппараты цельносварные с эллиптическим днищем и крышкой с рубашкой из полутруб, внутри которых установлена на валу с приводом мешалка, которые предназначены для проведения различных химических процессов, в том числе для процесса гидролиза [Авторское свидетельство SU 1542610, кл. А1 В01J 19/18, опубл. 15.02.1990; патент России RU 2132726, В01J 8/10, опубл. 10.07.1999; патент России RU 2136359, В01J 8/04, опубл. 10.09.1999; заявка США 2005118088, B01J 8/00, опубл. 02.06.2006, патент России RU 2283174, В 01 08.02, опубл. 10.09.2006].
В известных конструкциях реакторов подобного назначения имеется ряд следующих недостатков:
- нестабильность протекания процесса;
- недостаточная скорость образования конечного продукта из-за больших потерь реагентов;
- недостаточное перемешивание реагентов, образование застойных зон, в которых накапливаются непрореагировшие реагенты;
- неудовлетворительное диспергирование жидкости в реакционной массе;
- недостаточный отвод тепла экзотермической реакции.
Наиболее близким является реактор для проведения процессов в гетерогенных средах, содержащий цилиндрический корпус с теплообменной змеевиковой рубашкой, верхнее и нижнее днище, перемешивающее устройство, закрепленное на консольном валу, штуцера входа основного компонента и выхода готового продукта и статическое перемешивающее устройство, отличающийся тем, что статическое перемешивающее устройство представляет собой стальные ножи, каждый из которых закреплен с помощью винтовой пружины на вертикальной планке, жестко прикрепленной к стенке корпуса, причем ножи установлены под углом к горизонтальной плоскости по ходу потока реакционной массы, а перемешивающее устройство, представляет собой лопастные мешалки, лопасти которых закреплены на консольном валу под тем же углом к горизонтальной плоскости, при этом реактор по высоте разделен статическими перемешивающими устройствами на 7 ярусов, в первых трех верхних ярусах закреплены лопастные мешалки с 8-ю лопастями, в последующих трех с 4-мя лопастями, а в нижнем - якорная мешалка, в штуцере выхода готового продукта на консольном валу закреплен шнековый дозатор (патент на полезную модель России RU №111026, В01J 8/10, опубл. 10.12.2011 г.)
Недостатками прототипа с позиции недостижения технического результата являются:
- недостаточное измельчение реакционной массы на выходе из реактора с получением кусков различного размера (5-20 мм).
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей реактора с сохранением возможности использования его для синтеза химических веществ в многофазных средах и для отделения паровой фазы от твердой отпариванием (дегазацией) с сохранением степени конверсии за счет более равномерного измельчения и перемешивания реакционной массы во всем объеме реактора.
Технический результат достигается тем, что реактор, содержащий цилиндрический корпус с теплообменной змеевиковой рубашкой, верхнее и нижнее днище, перемешивающее устройство, закрепленное на валу, штуцера входа основного компонента и выхода готового продукта и статическое перемешивающее устройство, представляющее собой стальные ножи, каждый из которых закреплен с помощью винтовой пружины на вертикальной планке, жестко прикрепленной к стенке корпуса, причем ножи установлены под углом к горизонтальной плоскости по ходу потока реакционной массы, а перемешивающее устройство, представляет собой лопастные мешалки, лопасти которых закреплены на консольном валу под тем же углом к горизонтальной плоскости, при этом реактор по высоте разделен статическими перемешивающими устройствами на 7 ярусов, в первых трех верхних ярусах закреплены лопастные мешалки с 8-ю лопастями, в последующих трех с 4-мя лопастями, а в нижнем - якорная мешалка, в штуцере выхода готового продукта на консольном валу закреплен шнековый дозатор, при этом под шнековым дозатором на консольном валу закреплены фильера, и дополнительно под ней стальной нож.
Твердая фаза реакционной массы дополнительно равномерно измельчается и гранулируется с улучшением равномерности измельчения и перемешивания реакционной массы с получением на выходе из реактора кусочков заданных размеров по диаметру 1-3 мм и высоте 1-3 мм за счет использования фильеры с отверстиями определенного размера, под которой дополнительно закреплен стальной нож, а паровая фаза выводится из верхней зоны реактора.
На фигуре 1 показан общий вид предлагаемой конструкции реактора для дегазации продуктов переработки семян горчицы от эфирного горчичного масла. Он состоит из цилиндрического корпуса 1, конического днища 2 со штуцером выхода готового продукта 3, верхнего днища 4 со штуцером 5 входа основного компонента. На верхнем днище 4 также установлен штуцер 6 для подачи воды и штуцер 7 для выхода паров эфирного масла. Штуцер 6 для подачи воды при дегазации продуктов переработки семян горчицы от эфирногогорчичного масла заглушен. Осесиметрично с корпусом на консольном валу 8 установлены лопастные мешалки 9. Консольный вал 8 присоединен к приводу вращения (на фигуре не показан). Вдоль стенки корпуса 1 равномерно по окружности установлены вертикальные планки 10, на которых на винтовых пружинах 11 закреплены под углом к горизонтальной плоскости стальные ножи 12, представляющие собой статические перемешивающие устройства.
На консольном валу 8 под каждым стальным ножом 12 статического перемешивающего устройства под тем же углом к горизонтальной плоскости установлены лопасти лопастных мешалок 9, делящие корпус 1 по высоте на 7 ярусов, при этом в первых трех верхних ярусах установлены лопастные мешалки 9 с 8-ю лопастями, в последующих трех ярусах установлены лопастные мешалки 9 с 4-мя лопастями, в седьмом ярусе на консольном валу закреплена якорная мешалка 13. В штуцере 3 выхода готового продукта установлен шнековый дозатор 14. Под шнековым дозатором 14 на консольном валу 8 закреплены фильера 15, и дополнительно под ней стальной нож 16. Для подогрева реакционной смеси через стенку аппарата, реактор снабжен теплообменной змеевиковой рубашкой 17.
Реактор работает следующим образом:
Продукты переработки семян горчицы (жмых горчичный, некондиционный горчичный порошок и высевки) после гидролиза в них синигрина до эфирного горчичного масла с температурой 97-99°С подают в штуцер 5 реактора при работающих мешалках 9. При дегазации продуктов переработки семян горчицы от эфирного горчичного масла штуцер 6 для подачи воды заглушен.
В сепарационной зоне реактора, находящейся над 1-м ярусом мешалок 9, эфирное горчичное масло отделяется от побочных продуктов горчично-маслобойного производства и через штуцер 7 в крышке аппарата, по трубопроводу, поступает в конденсатор (на фигуре не показан) для конденсации эфирного горчичного масла.
Контроль температуры в сепарационной зоне реактора осуществляется с помощью термометра.
Эфирное горчичное масло характеризуется высокой летучестью (0,0012 мг/л при 20°С).
С целью предотвращения смешивания и зависания в реакторе дегазированные побочные продукты горчично-маслобойного производства постоянно перемешиваются многоярусной мешалкой. Реактор герметично уплотнен.
Нагрев продуктов переработки семян горчицы необходим для отпаривания эфирного горчичного масла, образующегося после гидролиза содержащегося в них синигрина.
Рабочая среда в реакторе химически агрессивная. В составе реакционной массы находятся: продукты переработки семян горчицы, пары воды и эфирного горчичного масла.
Пары эфирного горчичного масла имеют чрезвычайно острый запах, сильно раздражающий слизистые оболочки дыхательных путей, вызывают слезотечение. В связи с этим реактор необходимо выполнять из нержавеющей стали с герметичным уплотнением консольного вала 8 и фланцевых соединений.
Остаточное содержание эфирного горчичного масла в продуктах переработки семян горчицы после реактора не более 0,12%.
Многоярусная мешалка приводится в движение электродвигателем, п=45 об/мин.
Интенсивное перемешивание для усреднения острого пара с продуктами переработки семян горчицы в течение нескольких минут обеспечивается в первых трех верхних ярусах. Для разрушения влажных комков продуктов переработки семян горчицы в межярусном пространстве предусмотрены ножи 12, расположенные под углом к горизонтальной плоскости, каждый из которых закреплен на стенке корпуса с помощью винтовой пружины 11, а на консульном валу 8 под каждым статистическим перемешивающим устройством под тем же углом к горизонтальной плоскости установлены лопасти лопастных мешалок 9.
Проведение процесса дегазации влажных продуктов переработки семян горчицы от эфирного горчичного масла в течение 40 минут при температуре 95-98°С поддерживается путем ограничения времени пребывания реакционной массы в реакторе, что достигается выбором соотношения объемов аппарата и выгружаемой реакционной массы и увеличением сопротивления выхода твердой фазы за счет установки фильеры 15 и ножа 16, которые закреплены в штуцере выхода готового продукта 3 на консольном валу 8 под шнековым дозатором 14 (более наглядно показано на фигуре 2).
Нагрев продуктов переработки семян горчицы осуществляется снаружи реактора, который снабжен теплообменной змеевиковой рубашкой 17. Термостатирование процесса осуществляется автоматически за счет подачи горячей воды в теплообменную змеевиковую рубашку 17.
Твердая фаза реакционной массы дополнительно равномерно измельчается и гранулируется с получением на выходе из реактора кусочков заданных размеров по диаметру 1-3 мм и высоте 1-3 мм за счет использования фильеры с отверстиями определенного размера, а паровая фаза выводится из верхней зоны реактора.
После завершения процесса дегазации продуктов переработки семян горчицы от эфирного горчичного масла, продегазированные продукты непрерывно выгружаются с заданным размером частиц из конического днища 2 реактора шнековым дозатором 14 с фильерой 15 и ножом 16 и далее транспортируются на стадию сушки твердого продукта (на фигуре не показано).
Наибольший размер частиц продуктов переработки семян горчицы, на выходе из реактора не превышает 3 мм.
Выдерживание параметров технологического процесса дегазации продуктов переработки семян горчицы от эфирного горчичного масла внутри аппарата обеспечивает предлагаемая конструкция реактора: вертикальный цилиндрический аппарат с конусным днищем 2, снабженный в цилиндрической части статическим перемешивающим устройством 12, многоярусной лопастной мешалкой 9, шнековым дозатором 14 с закрепленными под ним фильерой 15 и ножом 16.
В случае использования реактора для синтеза химических веществ в многофазных средах температура синтеза эфирного горчичного масла из продуктов переработки семян горчицы проходит при температуре 50-55°С. Нагрев продуктов переработки семян горчицы осуществляется путем смешения их с водой, поступающей в реактор с температурой 70-75°С через штуцер 6.
В дальнейшем работа реактора осуществляется аналогично описанной выше (при дегазации продукта).
Заявляемая конструкция реактора позволяет расширить его функциональные возможности с сохранением возможности использования его для синтеза химических веществ в многофазных средах и для отделения паровой фазы от твердой отпариванием (дегазацией) с сохранением степени конверсии за счет более равномерного измельчения и перемешивания реакционной массы во всем объеме реактора.