ХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ В ГЕТЕРОГЕННЫХ СРЕДАХ
CHEMICAL REACTOR FOR PROCESSES PERFORMED IN HETEROGENEOUS MEDIA

Изобретение относится к конструкциям реакционных аппаратов малого объема периодического действия и может быть использовано для интенсификации гетерогенных процессов с большим газо- и тепловыделением в производствах химической, нефтехимической и фармацевтической промышленности.
Известен химический реактор для проведения процессов в гетерогенных средах, содержащий корпус с теплообменной рубашкой, вал с перемешивающим устройством, барботер, двухрядный змеевик, отражательные перегородки (Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред. Справочное пособие. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1979, 26 с., 76 с.).
Недостатком реактора является конструкция отражательных перегородок, которые не обеспечивают необходимую турбулизацию и, как следствие, не обеспечивают достаточную интенсификацию массо- и теплообменных процессов.
Дальнейшее развитие такие реакторы получили в устройстве (патент РФ №2132726, МПК B01J 8/10, 1999 г.). Химический реактор для проведения процессов в гетерогенных средах содержит корпус с теплообменной рубашкой, перемешивающее устройство, боковые направляющие устройства, барботер и двухрядный змеевик, выполненный таким образом, что расстояние между витками змеевика в "свету" составляет 0,5…0,8 диаметра трубы змеевика, расстояние между рядами змеевика равно 1,2 диаметра трубы. Змеевик вместе с барботером образует диффузор с конусом в нижней части реактора. На выходе из диффузора размещено дополнительное направляющее турбулизирующее устройство, выполненное в виде пяти пластин пропеллерного типа с шириной пластины, равной 1/3 ее длины, установленных под углом 90° к направлению движения перемешивающего потока.
Недостатком такого реактора является сложность эксплуатации при обработке сред, способных разлагаться вследствие своей нестабильности. Наличие многорядного змеевика и барботера приводит к усложнению процесса промывки реактора после выгрузки готового продукта, что усложняет эксплуатацию реактора.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является химический реактор для проведения процессов в гетерогенных средах, содержащий корпус с теплообменной рубашкой, направляющие устройства, крышку, загрузочный и разгрузочный патрубки и вал с перемешивающим устройством (А.с. СССР №571294, МПК B01J 8/10, 1977).
Недостатком реактора является невозможность обработки сред, способных разлагаться вследствие своей нестабильности.
Задачей изобретения является обеспечение ведения процесса при получении щелочного раствора пероксида водорода, при котором необходимо дозировать твердые вещества, способные поглощать пары воды, и вести процесс в нестабильной жидкой фазе.
Задача решается тем, что в реакторе для проведения процессов в гетерогенных средах, содержащем корпус с теплообменной рубашкой, направляющие устройства, крышку, загрузочный и разгрузочный патрубки и вал с перемешивающим устройством, реактор дополнительно снабжен загрузочным патрубком, соединенным с дозатором гранулированного или порошкообразного продукта, на выходе из дозатора дополнительно установлено запорное устройство с приводом, электрически соединенным с приводом дозатора, и направляющие устройства выполнены в виде радиально расположенных пластин, закрепленных на внутренней поверхности корпуса.
Реактор дополнительно снабжен датчиком температуры, соединенным с блоком управления, управляющим приводами дозатора и запорного устройства.
Полость реактора и полость дозатора соединены с линией подачи инертного газа.
Направляющие устройства расположены под углом к образующей реактора.
Патрубок подачи гранулированного или порошкообразного продукта снабжен узлом удаления пылевидных частиц и узлом растворения пылевидных частиц перед подачей в реактор.
Узел удаления пылевидных частиц выполнен в виде заключенных в обечайку сетчатых вставок, соединенных с линией подачи инертного газа.
Узел растворения пылевидных частиц выполнен в виде емкости, снабженной барботером, соединенным с линией подачи инертного газа.
Дополнительное снабжение реактора загрузочным патрубком, соединенным с дозатором гранулированного или порошкообразного продукта, дополнительная установка на выходе из дозатора запорного устройства с приводом, электрически соединенным с приводом дозатора, и выполнение направляющих устройств в виде радиально расположенных пластин, закрепленных на внутренней поверхности корпуса, обеспечивает:
- возможность дозирования не только растворов, но и продукта в виде чешуек или порошка;
- исключение обводнения твердого продукта перед подачей в реактор;
- упрощение обслуживания реактора при проведении гетерогенных реакций за счет одновременного открытия запорного устройства и пуска дозатора;
- упрощение обслуживания за счет исключения воронкообразования при перемешивании потока взаимодействием раствора с направляющими пластинами.
Дополнительное снабжение реактора датчиком температуры, соединенным с блоком управления, управляющим приводами дозатора и запорного устройства, обеспечивает проведение процесса синтеза пероксогидрата калия за счет поддержания оптимальной температуры синтеза. При повышении температуры выше заданной происходит автоматическое отключение привода дозатора и перекрытие патрубка подачи твердого продукта запорным устройством. Повторное включение дозатора происходит только после снижения температуры до безопасной, т.е. после полного растворения твердого продукта (гидроокиси калия). За счет этого исключается термическое разложение щелочного раствора пероксида водорода. Это обеспечивает упрощение обслуживания реактора.
Соединение полости реактора и полости дозатора с линией подачи инертного газа обеспечивает:
- безопасность работы реактора при работе с нестабильными растворами - возможное каталитическое разложение щелочного раствора пероксида водорода в случае применения герметичного реактора требует применения специальных защитных средств (например, разрушающихся мембран) для исключения разрушения реактора;
- подача инертного газа (например, азота или очищенного от диоксида углерода воздуха) исключает попадание воздуха в полость реактора через неплотности крышки реактора, крышки бункера дозатора, препятствуя обводнению твердого продукта.
Расположение направляющих устройств под углом к образующей реактора помимо исключения воронкообразования жидкости в реакторе в процессе перемешивания обеспечивает интенсификацию процесса перемешивания вблизи центральной части днища реактора, т.е. в зоне, в которой собираются нерастворенные гранулы твердого продукта. Это позволяет интенсифицировать работу реактора.
Снабжение загрузочного патрубка, соединенного с дозатором, узлом удаления пылевидных частиц и узлом растворения пылевидных частиц перед подачей в реактор обеспечивает исключение попадания пылевидного продукта в раствор пероксида водорода, что может привести к его каталитическому разложению. Это позволяет упростить работу оператора при обслуживании реактора за счет исключения предварительного удаления пылевидного продукта.
Выполнение узла удаления пылевидных частиц в виде заключенных в обечайку сетчатых вставок, соединенных с линией подачи инертного газа, обеспечивает удаление пылевидных продуктов из дозируемого в реактор гранулированного продукта, тем самым исключается возможность каталитического разложения раствора пероксида водорода, что повышает безопасность эксплуатации реактора.
Выполнение узла растворения пылевидных частиц в виде емкости, соединенной с линией подачи инертного газа, обеспечивает возвращение в производственный цикл пылевидного продукта после его растворения в воде. При этом перемешивание раствора осуществляется инертным газом, участвовавшем в процессе продувки дозируемого продукта. Это обеспечивает простоту эксплуатации реактора.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 представлен общий вид химического реактора для проведения процессов в гетерогенных средах;
на фиг.2 показано сечение корпуса реактора, по А-А, фиг.1;
на фиг.3 показано сечение корпуса реактора с боковыми направляющими, развернутыми относительно образующей реактора;
на фиг.4 показано соединение дозатора с крышкой реактора (выноска I);
на фиг.5 показан узел продувки твердого продукта;
на фиг.6 - то же, что на фиг.5, сечение по Б-Б.
Химический реактор для проведения процессов в гетерогенных средах содержит:
1. корпус;
2. теплообменная рубашка;
3. перемешивающее устройство;
4. направляющие устройства;
5. крышка;
6. загрузочный патрубок;
7. разгрузочный патрубок;
8. вал;
9. привод вала;
10. дозатор;
11. привод;
12. узел удаления пылевидных частиц;
13. сетчатая вставка;
14. запорный орган;
15. привод;
16. загрузочный патрубок;
17. узел растворения пылевидных частиц;
18. кран;
19. линия подачи пероксида водорода;
20. кран слива готового продукта;
21. патрубок подвода теплоносителя;
22. патрубок отвода теплоносителя;
23. линия подачи инертного газа;
24. запорное устройство;
25. регулятор давления;
26. дроссель;
27. дроссель;
28. датчик температуры;
29. блок управления.
Химический реактор для проведения процессов в гетерогенных средах содержит корпус 1, выполненный из нержавеющей стали и заключенный в теплообменную рубашку 2. Внутри реактора помещено перемешивающее устройство 3, и на стенке корпуса 1 закреплены направляющие устройства 4. Сверху на корпусе 1 установлена крышка 5 с загрузочным патрубком 6. В нижней части корпуса 1 расположен разгрузочный патрубок 7. Перемешивающее устройство 3 смонтировано на валу 8, соединенным с приводом вращения вала 9. На крышке 5 установлен дозатор 10, снабженный приводом 11. На выходе дозатора 10 расположен узел удаления пылевидных частиц 12 с установленными на ее противоположных стенках сетчатыми вставками 13. К узлу удаления пылевидных частиц 12 примыкает запорный орган 14, соединенный с приводом 15. С противоположной стороны запорный орган 14 соединен с крышкой 5 загрузочным патрубком 16, соединенным с дозатором 10. На крышке 5 установлен узел растворения пылевидных частиц 17, представляющий собой камеру с водой, соединенную с загрузочным патрубком 6 через кран 18. Загрузочный патрубок 6 соединен также с линией подачи пероксида водорода 19. На выходе разгрузочного патрубка 7 установлен кран 20 для слива готового продукта. Теплообменная рубашка 2 снабжена патрубками 21 и 22 для подвода и отвода теплоносителя. Линия подачи инертного газа 23 содержит запорное устройство 24, регулятор давления 25 и дроссели 26 и 27. На крышке 5 установлен также датчик температуры 28 с блоком управления 29. Линия подачи инертного газа 23 соединена с дозатором 10, разгрузочным патрубком 7, узлом удаления пылевидных частиц 12 и узлом растворения пылевидных частиц 17.
Химический реактор работает следующим образом: в корпус 1 реактора периодическим способом через загрузочный патрубок 6 на крышке 5 заливают мерное количество пероксида водорода через линию подачи пероксида водорода 19, включается перемешивающее устройство 3 путем включения привода 9 вала 8. При этом подается охлаждающая жидкость в теплообменную рубашку 2 через патрубки 21 и 22. После этого из линии подачи инертного газа 23 через открытое запорное устройство 24 и регулятор давления 25 в дозатор 10, разгрузочный патрубок 7, узел удаления пылевидных частиц 12 и узел растворения пылевидных частиц 17 подается инертный газ - азот либо очищенный от диоксида углерода воздух. Расход инертного газа через разгрузочный патрубок 7 и узел удаления пылевидных частиц 12 регулируется дросселями 26 и 27.
После достижения заданной температуры в реакторе, например 25°С, включается дозирование твердой гидроокиси калия в виде чешуек либо порошка. Для этого включается привод 11 дозатора 10 и привод 15 запорного органа 14, и твердый продукт через узел удаления пылевидных частиц, запорный узел 14 и загрузочный патрубок 16 из дозатора 10 поступает в перемешиваемую жидкость. При растворении гидроокиси калия происходит повышение температуры раствора, которая контролируется датчиком температуры 28 с блоком управления 29. При повышении температуры раствора выше заданной блок управления 29 отключает привод 11 и приводом 15 закрывает запорный орган 14. Повторное включение осуществляется автоматически после снижения температуры раствора.
Растворение твердого продукта интенсифицируется за счет работы перемешивающего устройства 3. Раствор при работе перемешивающего устройства 3 взаимодействует с боковыми направляющими устройствами 4 и отклоняется вниз, создавая циркуляцию потока вблизи днища корпуса 1. Этому же способствует поступающий через дроссель 27 и разгрузочный патрубок 7 инертный газ, способствующий интенсификации растворения за счет перемешивания раствора.
Так как при растворении пылевидного продукта может происходить местный перегрев пероксида водорода, приводящий к его термическому разложению, производится продувка пыли из дозируемой гидроокиси калия. Для этого инертный газ подается через дроссель 26 в узел удаления пылевидных частиц 12 под нижнюю сетчатую вставку 13, через которую инертный газ проходит через дозируемый материал и увлекает пылевидный материал, проходя через верхнюю сетчатую вставку, в узел растворения пылевидных частиц 17, в котором находится вода. За счет барботирования пылевидные частицы растворяются в воде, а инертный газ удаляется из узла растворения 17 через верхние отверстия. В ходе процесса раствор щелочи через кран 18 и загрузочный патрубок 6 подается в реактор и принимает участие в приготовлении щелочного раствора пероксида водорода без повышения температуры. По окончании процесса готовый щелочной раствор перокеида водорода через разгрузочный патрубок 7 и кран 20 выгружается из реактора.
Химический реактор для проведения процессов в гетерогенных средах обеспечивает получение щелочного раствора пероксида водорода и обеспечивает повышение безопасности и упрощение работы реактора.