УСТАНОВКА ДЛЯ СОЗДАНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА В РЕАКТОРЕ СИНТЕЗА ПОЛУФАБРИКАТНЫХ АЛКИДНЫХ ЛАКОВ И СМОЛ

Полезная модель относится к химической и лакокрасочной промышленности и предназначена для создания и поддержания температурного режима в реакторах, в частности, в реакторе синтеза полуфабрикатных алкидных лаков и смол.
Нагрев химических реакторов является наиболее весомой частью расходов после стоимости самих реакторов. Процесс нагревания химических реакторов известен из уровня техники достаточно давно, но основная идея осталась неизменной: нагрев реакционной массы производится либо через стенки реакторов, или же пропускают теплоноситель по змеевикам, помещенным внутри реакторов (Романков П.Г. и др. Процессы и аппараты химической промышленности, раздел «Тепловые процессы», Л., - Химия, 1989 г.). Нагрев реакционной массы осуществляется за счет конвекции и теплопроводности, которые возле стенок реактора в вязких средах имеют небольшие значения, что при больших размерах реакторов может привести к значительным перепадам температур по объему реактора.
Технологический процесс производства полуфабрикатных алкидных лаков и смол ведется с использованием в качестве сырья растительных полувысыхающих масел или жирных кислот таллового масла в одном реакторе.
В реактор загружают рецептурное количество растительного масла. Включают подачу «горячего» теплоносителя в рубашку реактора и в межтрубное пространство выносного подогревателя и производят нагрев масла в реакторе при включенной мешалке и работающем циркуляционном насосе. При достижении температуры 160-180°С отключают циркуляционный насос и подачу «горячего» теплоносителя. В реактор производят загрузку рецептурного количества сыпучих компонентов: пентаэритрита и катализатора. После загрузки пентаэритрита и катализатора температура в реакторе снижается до 130-150°С. Не возобновляя работу циркуляционного насоса, нагревают реакционную массу до температуры 230-240°С со скоростью 40-50°С/час подачей «горячего» теплоносителя в рубашку реактора. При достижении данной температуры реакционной массы, возобновляют работу циркуляционного насоса, открывают донный вентиль реактора и открывают подачу «горячего» теплоносителя в выносной подогреватель. Поднимают температуру реакционной смеси до температуры 260°С со скоростью 40-50°С/час. Выдерживают реакционную массу при данной температуре до завершения реакции переэтерификации.
После завершения стадии переэтерификации прекращают подачу «горячего» теплоносителя в рубашку реактора и в выносной подогреватель, и открывают подачу «холодного» теплоносителя с температурой 100-150°С. Реакционную смесь охлаждают до температуры 180-200°С.
При достижении температуры реакционной массы 180-200°С закрывают донный вентиль реактора, останавливают циркуляционный насос, закрывают подачу «холодного» теплоносителя в рубашку реактора и в выносной подогреватель, и приступают к загрузке рецептурного количества фталевого и малеинового ангидридов. Температура в реакторе падает до 150-160°С. После окончания загрузки открывают подачу «горячего» теплоносителя в рубашку реактора. Подогревают реакционную смесь до температуры 190±5°С, открывают донный вентиль реактора, включают циркуляционный насос, включают подачу «горячего» теплоносителя в выносной подогреватель и продолжают нагрев реакционной массы в реакторе до достижения температуры 240-260°С со скоростью нагрева 15-20°С/час. Выдерживают реакционную массу при достигнутой температуре до завершения процесса поликонденсации.
После завершения процесса поликонденсации прекращают подачу «горячего» теплоносителя в рубашку реактора и выносной подогреватель и открывают подачу «холодного» теплоносителя с температурой 100-150°С. Реакционную смесь охлаждают до температуры 180°С и перекачивают в смеситель.
Таким образом, технологический процесс производства полуфабрикатных алкидных лаков и смол требует изменения температурного режима установки - нагревания и охлаждения.
В результате патентного поиска было установлено следующее:
из уровня техники известен реактор для синтеза органохлорсиланов, содержащий снабженный внешним теплообменным устройством цилиндрический корпус с расположенным в его верхней части сепаратором, встроенный теплообменник, трубные элементы которого выполнены в виде петель с циркулирующим в них теплоносителем, узлы загрузки и выгрузки контактной массы, узел подвода газообразного компонента, снабженный пульсатором, узел отвода готового продукта и газораспределитель, выполненный в виде пакета установленных по оси реактора распределительных элементов (патент RU 2162735 В01J 8/18, 2001).
Недостатком этого реактора является использование теплообменников в виде петлевых труб, что обуславливает неравномерность температурного поля по объему реактора, возникает необходимость прокачки большого количества теплоносителя и равномерного его распределения по трубкам теплообменника, что приводит к большим энергетическим затратам и увеличению стоимости проведения процесса.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является реактор для прямого синтеза органохлорсиланов, содержащий снабженный внешним теплообменным устройством цилиндрический корпус с расположенным в верхней его части сепаратором, узлы загрузки и выгрузки контактной массы, подвода газообразного компонента и отвода готового продукта, газораспределитель, коаксиальный щиток, обеспечивающий перемешивание и встроенный теплообменник (А.с. SU №1556733, В01J 8/18, 1990 г.), принятый нами за прототип.
Недостатками этого реактора являются невозможность создания однородного кипящего слоя и температурного поля по всему объему реактора, сложность регулирования температуры контактной массы и опасность спекания контактной массы из-за появления застойных зон. Нестабильность теплового режима обуславливает пониженную селективность процесса синтеза.
Задачей предполагаемой полезной модели является установка для создания и поддержания температурного режима в реакторе синтеза полуфабрикатных алкидных лаков и смол.
Поставленная задача решается за счет применения двух контуров: контура обогрева и контура охлаждения.
В установке применена система с жидкостным обогревом, т.к. в такой системе достаточно просто осуществлять количественное регулирование процесса теплообмена, а также вести управление температурным режимом в технологическом процессе.
Технический результат от использования предложенной установки заключается в повышении выхода готового продукта при одновременном снижении энергозатрат за счет выравнивания температурных и концентрационных полей в объеме реактора.
Предложение иллюстрируется графическими материалами - технологической схемой.
Установка для создания и поддержания температурного режима в реакторе синтеза полуфабрикатных алкидных лаков и смол, представленная на технологической схеме (Фиг.) состоит из реактора Р, двух выносных теплообменников Т1 и Т2, электрического подогревателя ЭП ВОТ, воздушного калорифера ВК, циркуляционного насоса рабочей смеси Н3, циркуляционного насоса горячего ВОТ H1, циркуляционного насоса «холодного» ВОТ Н2, сборного коллектора горячего теплоносителя СКГ, всасывающего коллектора горячего теплоносителя ВКГ, сборного коллектора «холодного» теплоносителя СКХ, всасывающего коллектора «холодного» теплоносителя ВКХ, рабочего коллектора горячего теплоносителя РКГ, рабочего коллектора «холодного» теплоносителя РКХ, блока управления температурным режимом установки БУ, электрозадвижек B1, В2, В3, В4, В5, В6, датчика температуры ВОТ, датчика температуры рабочей смеси.
Для проведения такого процесса в установке предусмотрены: контур обогрева и контур охлаждения.
Контур обогрева состоит из следующего оборудования: реактор с рубашкой Р, два выносных теплообменника Т1 и Т2, электрический обогреватель ЭП ВОТ, герметичный вертикальный насос H1, сборный коллектор СКГ, всасывающий коллектор ВКГ, раздаточный коллектор РКГ, электрозадвижки В1, В2, В3.
Обогрев основной технологической аппаратуры ведется высокотемпературным органическим теплоносителем (ВОТ). В качестве такого теплоносителя принято ароматизированное масло АМТ-300У. Основные преимущества этого теплоносителя, малая токсичность, низкая стоимость, слабая коррозионность и др.
Нагрев ВОТ до температуры 290°С производится в котельной ВОТ, где установлен специальный электрический подогреватель.
Подогреватель представляет собой 7 последовательно установленных секций, в каждую из которых помещены ТЭНы. Мощность каждой секции - 40 кВт, общая мощность - 280 кВт.
ТЭНы блокируются таким образом, чтобы их невозможно было включить при неработающем циркуляционном насосе.
Схема работы контура обогрева установки выглядит следующим образом:
открываются задвижки B1, В2, В3, закрываются задвижки В4, В5, В6, ароматизированное масло поступает на всасывающий коллектор горячего (ВКГ) теплоносителя из которого горячий теплоноситель поступает на всас герметичного вертикального насоса Н 1, который подает его под напором 50 м. столба жидкости в электроподогреватель ЭП ВОТ, в котором теплоноситель нагревается до 280-290°С и поступает в раздаточный (нагнетательный) коллектор РКГ горячего ВОТ. Из раздаточного коллектора РКГ производится отбор горячего теплоносителя в рубашку реактора Р и в выносные теплообменники Т1 и Т2.
Применение выносных обогреваемых теплообменников увеличивает поверхность теплообмена между реакционной массой и теплоносителем, позволяет достичь больших скоростей жидкости в трубках теплообменников и больших коэффициентов теплоотдачи от теплоносителя к реакционной массе, при этом в теплообменнике происходит не только теплопередача, но и синтез продукта, что приводит к интенсификации процесса синтеза алкидов пленкообразующих веществ в реакторе.
Температура ВОТ поддерживается в заданных пределах с помощью включения или выключения одной из секций электрического подогревателя. Управляющий сигнал подается блоком управления БУ в зависимости от температуры теплоносителя на выходе из нагревателя, которая контролируется датчиком температуры.
Обратно отработанный горячий теплоноситель с температурой 250-260°С из реактора Р и теплообменников Т1 и Т2 подается на сборный коллектор СКГ, из которого поступает во всасывающий коллектор горячего теплоносителя ВКГ и далее на всас герметичного вертикального насоса H1. Так осуществляется цикл циркуляции горячего теплоносителя.
При необходимости охлаждения реактора предусмотрен цикл «холодного» теплоносителя, с применением охлаждающего воздушного калорифера ВК.
Контур охлаждения состоит из следующего оборудования:
реактор с рубашкой Р, два выносных теплообменника Т1 и Т2, воздушный калорифер ВК, вертикальный герметичный насос Н2, сборный коллектор СКХ, всасывающий коллектор ВКХ, раздаточный коллектор РКХ, электрозадвижки В4, В5, В6.
Схема работы контура охлаждения состоит в следующем, закрываются задвижки B1, В2, В3, открываются задвижки В4, В5, В6, из всасывающего коллектора ВКХ «холодный» теплоноситель подается на всас герметичного вертикального насоса Н2, который подает его с напором 50 м. столба жидкости в воздушный калорифер ВК, где он охлаждается до 100-150°С и поступает в раздаточный (нагнетательный) коллектор РКХ «холодного» ВОТ. Из раздаточного коллектора РКХ производится отбор «холодного» теплоносителя на реактор Р и выносные теплообменники Т1 и Т2. Из реактора Р, теплообменников Т1 и Т2 теплоноситель поступает в сборный коллектор СКХ, из которого подается во всасывающий коллектор ВКХ и далее на всас вертикального герметичного насоса Н2.
Так осуществляется цикл циркуляции «холодного» теплоносителя.
Управление нагревом установки и поддержание температурного режима осуществляется блоком управления БУ, в который поступает информация о текущей температуре рабочей смеси в реакторе и температуре ВОТ на выходе из электрического подогревателя.
Применение установки для создания и поддержания температурного режима в реакторе синтеза полуфабрикатных алкидных лаков и смол позволяет повысить эффективность разогрева реакционной массы в реакторе, что способствует уменьшению времени протекания реакции, экономии энергоресурсов и снижению себестоимости.
Таким образом, поставленная задача решена.