ХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Полезная модель относится к конструкции реакционных аппаратов малого объема, используемого для проведения гетерогенных химических реакций с присутствием твердой, жидкой и газообразной фаз.
Известен химический реактор для проведения гетерогенных процессов, содержащий корпус с теплообменной рубашкой, вал с перемешивающим устройством, барботер, двухрядный змеевик, отражательные перегородки. Недостатком реактора является конструкция отражательных перегородок, перемешивающих устройств, которые не обеспечивают достаточную интенсификацию массо- и теплообменных процессов (Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред. Справочное пособие. Л.: Машиностроения. Ленинград, отделение. 1979, 272 с.)
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является химический реактор малого объема для проведения гетерогенных процессов, содержащий 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, и вместе с барботером он образует диффузор с конусом в нижней части сепаратора, а на выходе из диффузора размещается дополнительно направляющие турбулирующие устройства, которое выполнено в виде пяти пластин пропеллерного типа с шириной пластины, равной 1/3 ее длины, и установлено под углом 90° к направлению движения перемешивающего потока (RU №2132726. МПК B01J 8/10. Опубл. 10.07.1999).
Недостатком такого реактора является то, что процесс протекает в нерациональном потоке реакционной среды и наличие многорядного змеевика усложняет промывку и эксплуатацию реактора. Его нельзя применять в непрерывном режиме рабаты.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение заключается в разработке конструкции химического реактора малого объема для проведения процессов в гетерогенных средах, расширяющего ассортимент реакторов данного назначения.
Технический результат заключается в интенсификации массо- и теплообменных процессов, упрощение устройства.
Технический результат достигается тем, что химический реактор для проведения гетерогенных процессов, содержащий корпус с теплообменной рубашкой и крышкой с загрузочным устройством, перемешивающее устройство, барботер, согласно полезной модели реактор дополнительно снабжен циркуляционной трубой с теплообменной поверхностью на внутренней стороне которой расположены отражательные перегородки с зазором и которая связана с корпусом радиальными пластинами, при этом загрузочное устройство выполнено в виде трубы, которая снабжена отражательным зонтом, а перемешивающее устройство выполнено в виде двух последовательно установленных мешалок, расположенных на консольном валу, при этом нижняя мешалка трехлопастная и предназначена для распределения и растворения твердого материала и газа, а верхняя мешалка открытая турбинная и предназначена для диспергирования газа в жидкости и интенсификации процесса.
Химический реактор, представленный на фиг. состоит из корпуса с теплообменной рубашкой 1, эллиптического днища 2, привода 3, крышки 4, загрузочной трубы 5, отражательного зонта 6, циркуляционной трубы с теплообменной поверхностью 7, консольного вала 8, трехлопастной мешалки 9 и открытой турбинной мешалки 10, барботера 11, радиальные пластины для крепления циркуляционной трубы к корпусу 12.
меш
D
меш
Корпус 1 выполнен из нержавеющей стали диаметром (D) 400 мм. Диаметр циркуляционной трубы 5 (d) - 250 мм. Отношение d/D=0,62. Высота циркуляционной трубы H=(3-6)d. Мешалки стандартные диаметром (d) 80 мм. При этом Г=D/d=3,1. Все размеры приняты минимально допустимые, которые рекомендованы для моделирования химико-технологических процессов. Объем реактора позволяет нарабатывать опытные партии продукции.
Химический реактор может работать в периодическом и непрерывном режиме.
В периодическом режиме реактор работает следующим образом: загружают необходимое количество жидких компонентов, включают мешалки 9, 10. При использовании твердых компонентов (реагенты или катализаторы) их расчетное количество загружают через загрузочную трубу 5 под слой жидкости. По мере надобности включают подачу тепло- или хладоносителя в теплообменную рубашку и в полость теплообмена циркуляционной трубы 7, которая увеличивает поверхность теплообмена и позволяет поддерживать оптимальную температуру процесса (реакции). При необходимости через барботер 11 подают сжатый воздух или газообразный реагент. Для отделения воздуха или газов, которые используются в реакции или выделяются в процессе синтеза, от жидкостной реакционной массы и предотвращения уноса жидких или твердых компонентов служит отражательный зонт 6.
Смесь компонентов интенсивно перемешивается при вращении мешалок 9, 10, барботером 11 и отражательными перегородками циркуляционной трубы 7, что обеспечивает турбулентное движение реакционной массы через циркуляционную трубу 7 снизу вверх и ее повторный возврат во внутреннее пространство реактора. Радиальные пластины для крепления циркуляционной трубы к корпусу 12 способствуют дополнительной турбулизации рабочей смеси в зоне между корпусом 1 и циркуляционной трубой 7 и высокому коэффициенту теплоотдачи.
Интенсификация движения реакционной массы позволяют резко увеличить интенсивность тепло- и массообмена с сокращением цикла периодической реакции и уменьшением выхода побочных продуктов реакции. По окончании процесса реакционную массу охлаждают и выгружают из реактора через нижний штуцер.
При непрерывном режиме процесс проводят, как описано, при непрерывной загрузке реагентов и выводе продуктов реакции при стационарных условиях работы.
Отличие заявляемого ректора от известного заключается в оснащение устройства циркуляционной трубой вместо двухрядного змеевика, перемешивающего устройства, снабженного двумя разными мешалками, наличием отражательного зонта для сепарации газожидкостного потока, возможностью ведения процесса в периодическом и непрерывном режимах.
В циркуляционной трубе с поверхностью теплообмена обрабатывается (перемешивается) двумя различными мешалками на одном консольном валу: нижняя мешалка трехлопастная для создания насосного эффекта необходимого для распределения и растворения твердого материала; вторая мешалка открытая турбинная для диспергирования газа в жидкости и интенсификации процесса; подача теплоносителя в полость циркуляционной трубы позволяет поддерживать оптимальную температуру реакции (процесса): для отделения газожидкостного потока на трубе подачи твердого вещества расположен отражательный зонт.
Таким образом заявляемое устройство расширяет ассортимент устройств данного назначения