Пристрій для проведення газорідинних реакцій

1. Пристрій для проведення газорідинних реакцій, який складається з конічних тарілок, що обертаються, установлених з утворенням кільцевого сопла та скріпленого лопатями, між якими розміщений пристрій для вводу газу в рідину, який відрізняється тим, що з метою інтенсифікації процесу абсорбції та підвищення ступеня використання газового реагенту розподільчий пристрій для газового реагенту з'єднаний з торцем порожнистого U 1 3 тями, між якими розміщений пристрій для вводу газу в рідину через турбулізатори в вигляді тора або куль [5]. Недоліком даного пристрою є складність конструкції та неможливість проведення масобмінних реакцій газ - рідина в режимі витіснення та неможливість проведення рециркуляції газового реагенту. Задачею корисної моделі є підвищення продуктивності мішалки, за рахунок більш інтенсивного використання газоподібного реагенту та його рециркуляції. Поставлена задача вирішується пристроєм, який складається з корпусу апарата з патрубками для вводу реагентів та видалення продуктів реакції. По осі апарата на краю порожнистого вала розміщений розподільчий пристрій для газового реагенту, виконаний в вигляді двох конусів, розміщених один проти одного та з'єднаних з кільцевим зазором, розподільчий пристрій знаходиться всередині покривних конусних дисків з різними кутами нахилу, розміщених з кільцевим зазором по більшій підставі, які з'єднані по периферії лопатями, нижній конусний диск по меншій підставі має вхідний патрубок для рідини, а верхній конусний диск має патрубок, призначений для рециркуляції газу, до того ж верхній патрубок поєднується з коаксіально встановленою трубою, відносно порожнистого вала, верхня частина труби має коноїдальне скруглення. На Фіг. 1 розміщений апарат з пристроєм для проведення газорідинних реакцій, загальний вигляд; на рисунках 2-5 - варіанти пристроїв для проведення газорідинних реакцій. Реактор об'ємного типу складається з циліндричного корпусу 1 з сферичним днищем та кришкою, на якій розміщається електричний двигун, що приводить в обертання порожнистий вал, під кришкою апарата розміщена розподільча зона 2, поєднана з технологічним штуцером для вводу газоподібного реагенту, який подається всередину порожнистого вала 3 через отвори 4, розміщені в об'ємі розподільчої зони 2, на кінці порожнистого вала 3 закріплений пристрій для проведення газорідинних реакцій 5, який складається з верхньої 6 та нижньої 7 покривних тарілок конічної форми з різними кутами нахилу та розміщених з кільцевим зазором, по периферійній частині, покривні диски поєднані зовнішніми лопатями 8. Пристрій для проведення газорідинних реакцій має вхідні патрубки для газоподібного 9 та рідинного 10 реагентів. Порожнистий вал 3 в нижній частині переходить в направляючий пристрій 11 для вводу газового реагенту, виконаний з верхнього конусного або коноїдального елемента 12 та нижнього конуса або коноїдальної поверхні 13, розміщених між собою з кільцевим зазором по більшій підставі. До патрубка для подачі газоподібного реагенту 9 приєднана периферійна труба 14, розміщена коаксіально відносно порожнистого вала 3 з зазором для проходу газу, що рециркулює, в верхній частині труби є коноїдальне скруглення 15, яке значно зменшує коефіцієнт місцевого опору. В патрубку для подачі рідини 10 розміщена гвинтова розетка 16 (рисунок 3). 65102 4 Газорідинний апарат працює таким чином: під час обертання порожнистого вала 3 в апараті, який заповнений рідким реагентом, проходить інтенсивна турбулізація рідини за допомогою лопатей 8 пристрою для проведення газорідинних реакцій 5. При цьому всередині пристрою 5 виникає розрідження, за допомогою якого газовий реагент із технологічного штуцера на кришці апарата надходить в розподільчу зону 2 і через отвори 4 в порожнистому валу 3 та закріплений на кінці вала направляючий пристрій 11 подається безпосередньо в зону контакту фаз. В той же час через патрубок 10 з об'єму апарата 1 усмоктується рідина в нижню частину пристрою 5, де під дією відцентрових сил рідина розподіляється у вигляді плівки по внутрішній поверхні нижньої покривної тарілки 7. Товщину плівки та об'єм рідини, що усмоктується, регулює зазор, утворений між нижнім патрубком 10 та конусом 13. Через кільцевий зазор утворений в направляючому пристрої 11 між верхнім конусом 12 і нижнім конусом 13 газовий реагент переходить в плівкову зону пристрою для проведення газорідинних реакцій 5, де здійснюється реакція з плівкою рідини та газовим реагентом в режимі витіснення. Газорідинна реакційна маса під дією відцентрової сили та розрідження викидається в рідину реактора 1, де за допомогою лопатей 8 інтенсивно перемішується. Газові бульбашки при цьому знаходяться в дуже активній турбулентній зоні і продовжують реагувати з рідиною, забезпечуючи більш повну їх взаємодію. Одночасно з цим процесом бульбашки, що спливають, розподіляються над поверхнею рідини, значна частина газового реагенту повертається через коноїдальне скруглення 15 в зазор між порожнистою трубою 3 та коаксіально розміщеною периферійною трубою 14 за допомогою розрідження, що виникає в пристрої 5. Далі рециркульований газовий реагент засмоктується в верхню частину пристрою для проведення газорідинних реакцій 5 і диспергується у перемішуваний об'єм апарата 1. Таким чином досягається багаторазова рециркуляція газового реагенту, яка дозволяє додатково збільшити термін взаємодії між газовим та рідким реагентами та збільшити ефективність використання газового реагенту. Запропонований реактор дозволяє проводити реакції як в періодичному, так і в безперервному режимі. Приклад 1. Проведення реакції в періодичному режимі. В реактор, заповнений рідинним реагентом, через штуцер подають газовий реагент. За допомогою запропонованого пристрою, що обертається, газовий реагент через розподільчий пристрій надходить в плівкову зону, де відбувається реакція газ-рідина в режимі витіснення. Далі газорідинні реагенти надходять в об'єм реактора, де додатково перемішуються, при цьому продовжується реакція в режимі перемішування. Газ, який не прореагував та відокремився від рідини, зосереджується над перемішуваним об'ємом, звідти він за рахунок вакууму, який виникає в порожнині перемішуючого пристрою, засмоктується через зазор, розміщений між порожнистим валом і коаксіальною трубою, в об'єм пристрою для проведен 5 ня газорідинних реакцій і під дією відцентрових сил знову надходить в зону перемішування. Таким чином досягається рециркуляція газового реагенту, кратність рециркуляції можливо регулювати звичайними засобами в залежності від типу реакції. По показниках приладів - падінню тиску в апараті відстежують кількість газу, що прореагував, і при необхідності в апарат додають другу порцію газового реагенту. Після завершення реакції готовий продукт перекачують з апарата. Приклад 2. Проведення реакції в безперервному режимі. В заповнений апарат через нижній патрубок безпосередньо під перемішуючий пристрій подається рідинний реагент, який під дією відцентрових сил розподіляється на внутрішній поверхні пристрою в вигляді плівки. В цю зону через патрубок у кришці апарата подається газовий реагент, який проходить через розподільчу зону, далі через отвори в порожнистому валу газ надходить в нижню частину вала та розподільчий пристрій і через кільцевий зазор надходить в зону плівкового розподілу рідкого реагенту. Там проходить реакція в режимі витіснення. Під дією відцентрових сил реагуючі продукти надходять в зону перемішування, де додатково проводиться контакт між газом та рідиною, усереднення температури реакційної маси. Відокремлений з перемішуючого об'єму газ із рідинного об'єму апарата засмоктується через коаксіально розміщену трубу в зону проведення реакції в режимі витіснення і далі в об'єм реактора. Таким чином досягається багаторазове повернення газу в об'єм рідини та значно більше використання газового реагенту. Надана корисна модель реактора з пристроєм для проведення газорідинних реакцій дозволяє за рахунок рециркуляції газового реагенту та проведення реакції в плівці режиму витіснення та перемішування збільшити час перебування газового 65102 6 реагенту в рідинному об'ємі, досягти значного скорочення газового реагенту, часу реакції, що дало можливість значно спростити технологічні схеми і підвищити рентабельність виробництва. Випробування запропонованої корисної моделі в лабораторії показали, що запропоновані пристрої для проведення газорідинних реакцій на різних рідинах і газових реагентах показали: - при проведенні реакції окислення метилбензолів озоном в періодичному режимі було досягнуто використання озону до 85-92 % та зменшення тривалості реакції до 2-2,5 разу. А під час проведення реакції окислення озоном в безперервному режимі ступінь використання озону досягла до 6070 %, при цьому тривалість реакції скоротилася до 1,3-1,5 разу. - при проведенні реакції хлорування пасивних вуглеводнів досягнуто значного скорочення часу проведення реакції (в 7-10 раз відносно з традиційним способом проведення реакції хлорування) та досягти скорочення газового реагенту (хлору) в 4-4,5 разу, досягти майже стехіометричних показників. Це значно скорочує навантаження на локальні установки та зменшує собівартість цільового продукту. Джерела інформації: 1. Штербачек З., Тауск П. Перемешивание в химической промышленности. - Л.: Госхимиздат, 1963.-416 с. 2. Брагинский Л. Н., Бегачев В. И., Барабаш В. М. Перемешивание в жидких средах. - Л.: Химия, 1984.-336 с. 3. А. С. № 1165442 (СССР). Устройство для аэрации и перемешивания жидкости./ Агафонов Ю. В., Чегодаев Ф. Н. и др. 1985, бюл. № 25. 4. А. С. № 1462552 (СССР). Устройство для перемешивания./ Шабрацкий В. И., Галич В. Н. и др. 1988. 7 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 65102 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601