АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЖИДКОФАЗНЫХ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Полезная модель относится к химической технологии, в частности, к аппаратам для проведения жидкофазных гетерогенных химико-технологических процессов и может быть использована в производстве мононитротолуола, нитробензола для осуществления процессов нитрования.
Известны аппараты для проведения жидкофазных гетерогенных процессов, представляющие собой цилиндрический корпус со змеевиковым теплообменником и содержащие перемешивающие устройства в виде пропеллерных мешалок (Е.Ю.Орлова, "Химия и технология бризантных взрывчатых веществ", Ленинград, Химия, 1973, с.124). В производстве мононитротолуола и мононитробензола для осуществления процесса нитрования и достижения заданной производительности используются три параллельно работающих аппарата. В последние годы для нитрования толуола и бензола применяются трубчатые реакторы, в которых обеспечивается высокая турбулентность, характеризующаяся числом Рейнольдса 2100 и выше. Обеспечение достаточной турбулентности важно не только для повышения производительности путем хорошего эмульгирования двухфазной системы, но и для обеспечения высокой теплопередачи. Например, для нитрования бензола до мононитробензола используется трубчатый реактор в виде теплообменника, а циркуляция эмульсии нитромассы осуществляется центробежным насосом через теплообменник и промежуточную емкость, связанные трубопроводами (патент США №2951746, №2951877 кл.260-645, 1960). Известно также, что в качестве нитратора для нитрования толуола до мононитротолуола применяется система, состоящая из кожухотрубного теплообменника, промежуточной емкости, циркуляционного центробежного насоса и коммутирующих трубопроводов (патент США №3092671, кл.260-645, 1963). Недостатком такой системы является сложность конструкции, обусловленная наличием самостоятельных технологических единиц оборудования, связанных между собой коммутирующими трубопроводами, опасность ведения технологического процесса из-за наличия горизонтального центробежного насоса, через уплотнение вала которого высока вероятность утечки легковоспламеняющейся эмульсии в атмосферу помещения.
Известен аппарат для проведения жидкофазных гетерогенных процессов по патенту РФ на полезную модель №19533, принятый нами в качестве наиболее близкого по техническим решениям аналога. Аппарат содержит кожухотрубный теплообменник, промежуточную емкость, циркуляционную трубу, устройство для смешения и рециркуляции. В данном аппарате кожухотрубный теплообменник в верхней части совмещен с промежуточной емкостью, устройство для смешения и рециркуляции выполнено в виде колеса осевого насоса, промежуточная емкость и донная часть теплообменника соединены перетоками с циркуляционной трубой. В процессе эксплуатации известного аппарата было выявлено, что кожухотрубный теплообменник не справляется с отводом тепла при увеличении кратности циркуляции нитромассы, что является сдерживающим фактором повышения производительности.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности аппарата за счет дополнительного увеличения поверхности теплообмена.
Технический результат достигается тем, что циркуляционная труба дополнительно снабжена кожухотрубным теплообменником, который установлен между колесом осевого насоса и нижним перетоком основного теплообменника.
На рисунке схематично изображен предлагаемый аппарат для проведения жидкофазных гетерогенных процессов.
Аппарат состоит из кожухотрубного теплообменника 1, совмещенного в верхней части с приемной емкостью 2, циркуляционной трубы 3, сообщенной через верхний переток 4 с приемной емкостью 2, а через нижний переток 5 с донной частью 6 теплообменника 1. В верхней части 7 циркуляционной трубы установлен привод 8, на валу 9 которого закреплено колесо 10 осевого насоса, патрубок 11 подачи органической фазы, например, толуола или бензола, расположен в зоне установки колеса 10 и заглублен в жидкость. Патрубок 12 подачи кислотной смеси расположен в верхнем перетоке и введен в циркулирующую нитромассу. Емкость 2 снабжена переливным патрубком 13. Циркуляционная труба 3 дополнительно снабжена кожухотрубным теплообменником 14, который установлен между колесом 10 осевого насоса и нижним перетоком 5 основного теплообменника 1.
Аппарат работает следующим образом. Первоначально вся замкнутая система заполнена неорганической фазой - кислотной смесью серной и азотной кислот. Включается привод 8 осевого насоса, кислотная смесь интенсивно циркулирует по замкнутому контуру. В патрубок 12 непрерывно дозируется кислотная смесь, а в патрубок 11 - органическая фаза, например, бензол. За счет интенсивного смешения компонентов и их многократной циркуляции в замкнутом контуре проходит процесс нитрования. В межтрубные пространства теплообменников 11 и 14 непрерывно подается хладоагент, температура в контуре поддерживается автоматически в пределах 35-45°С. Часть нитромассы из приемной емкости 2 через патрубок 13 непрерывно отводится в сепаратор. При сохранении прежней кратности циркуляции и увеличении поверхности теплообмена в два раза достигается повышение производительности аппарата при нитровании, например, бензола или толуола.
Предложенное техническое решение рекомендовано использовать при реконструкции существующего аппарата в производстве нитробензола, что позволит повысить производительность аппарата.