Реактор для здійснення окислювальної реакції рідини з газом

1. Реактор для окислювальної реакції рідини з газом, що містить кисень, причому згаданий реактор завантажують виключно у основі сполукою, яка має окислюватись, і окислювальним газом, який відрізняється тим, що він поділений на ступені розділовими пластинами, забезпеченими перфораціями, сумісними виключно з односпрямованим потоком реакційного середовища і здат C2 2 (19) 1 3 76774 4 припиняють раніше, у час ti.. Це забезпечує високу середовища і здатним перешкоджати акумулюпропорцію сполуки, що має окислюватись, тобто, ванню газу під кожною пластиною. рециркулює, щоб піддати її новій реакції окисУ реакторі за винаходом забезпечене одиничлення. не постачання окислювального газу, який поступає Для того, щоб покращити селективність бажау нижній частині реактора, причому згадане постаного продукту згаданої вище реакції, відомо, що чання подає кисень, який має споживатись на різкраще діяти у реакторі типу "плунжерного реактоних ступенях реактора. Тому окислювальний газ ра", тобто в реакторі, який може бути модельовамає мати можливість циркулювати між цими різний подібно до оболонки, в якій частина (шар) реними ступенями тим же шляхом, що і реакційне акційного середовища рухається, в якій середовище, наприклад, циклогексан. Дійсно, наконцентрація різних продуктів змінюється відповідаючи температури і тиск, одержані у промислодно до їх положення у реакторі, порівняно зі "збоввому окислювальному реакторі, може бути ризик тувальним" реактором, в якому концентрації у реасамозапалення газової суміші, утвореної окислюкційному середовищі однакові у всіх точках до вальним газом і парою сполуки, яка має окислювавихідних концентрацій. У випадку "плунжерного" тись; згадана суміш, можливо, акумулюється під реактора концентрація продукту є високою тільки певними пластинами, утворюючи газову ковдру, поблизу виходу із реактора. Таким чином, утвозокрема під час навмисного або ненавмисного рення не бажаних супутніх продуктів, яке збільшуприпинення подачі окислювального газу. ється зі збільшенням концентрації продукту, є знаЗавдяки винаходу перфорації, забезпечені у чним лише у кінцевій частині реактора. цій пластині, служать для того, щоб усунути будьУ відомих установках реакцію здійснюють у який ризик утворення газової ковдри, тому що буреакторах, названих "бульбашковими колонками", льбашки видаляються через згадані перфорації. в яких окислювальний газ упорскують у основі, Перфорації у пластинах також служать для того, тобто у донній частині, у реакційне середовище. щоб забезпечити стікання двохфазного потоку Відомо, що при діаметрі, вищому за певне значенвсередині реактора у одиничному напрямі, у виня, ці бульбашкові колонки можна розглядати як східному напрямі, при цьому зменшуючи його візбовтувальні реактори відносно реакційного сересьову дисперсію і служать для того, щоб утворити довища. "плунжерний" реактор за типом потоку. Для того, щоб покращити подібність до "плунЦі перфорації також служать для того, щоб жерного" реактора, реактор можна поділити на обмежити падіння тиску, зумовлене пластинами. множину одиничних реакторів за допомогою внутЗгідно з кращими, але не обов'язковими асперішніх розділових пластин, які перешкоджають ктами винаходу згаданий реактор має одну або рециркуляції реакційного середовища. У цьому множину таких характеристик: випадку відомо, наприклад, із патенту ЕР-А- перфорації у пластинах мають поперечний 0135718 або із патенту США-А-3530185, забезпепереріз, еквівалентний круглому перерізу діаметчення розподілених кисневих входів, щоб здійснюра, що коливається від 10 до 100мм, краще від 15 вати окислення у кожному елементарному реактодо 50мм; рі. Кількість кисню, уведеного у кожний - пластини мають співвідношення перфорації, елементарний реактор, потрібно точно контролющо коливаються від 10 до 50%, краще від 10 до вати так, щоб майже весь впорснутий кисень спо30%. Це співвідношення перфорації є процентним живався. Це має на меті, з причини безпеки, униквмістом площі пластини відповідно до перфорацій нення присутності газової ковдри, багатої на пару відносно загальної площі пластини; сполуки, яка має окислюватись, і кисню під однією - перфорації по суті рівномірно розподілені на або множиною проміжних пластин реактора. Дійспластинах. У цьому випадку вони можуть бути роно, ці пари та кисень можуть утворити вибухову зподілені з трикутною, прямокутною або гексагосуміш при певних умовах роботи. Тому таке ступенальною решіткою основи. неве постачання має бути оснащене ретельною Винахідтакож стосується використання реакконтрольною системою, яка значно збільшує його тора, такого, як описаний вище, для окислення вартість. Далі, таке ступеневе постачання є громівуглеводнів до різноманітних продуктів, таких як здким і важким при роботі у промисловому масшгідропероксид, кетон, алкоголь і/або кислота. табі. Крім того, воно потребує встановлення склаУ окремому застосуванні цей реактор викорисдного трубопроводу. товують для окислення циклогексану киснем або Винахід обходить звичайний порядок технічної повітрям до циклогексил гідропероксиду, циклогегалузі, яку розглядаємо, шляхом уникнення викоксанону, циклогексанолу і/або адипінової кислоти. ристання ступеневого постачання кисню у реактор, Можна передбачити інші використання такого реарозділений на ступені, але без ігнорування ефекктора, наприклад, для окислення кумену до фетивної і необхідної безпеки установки. нолу. З цією метою винахід стосується реактора, Винахід можна краще зрозуміти, і інші перевапризначеного для здійснення окислювальної реакги можуть виявитися більш ясно у світлі опису, ції рідини з газом, що містить кисень, причому згаякий слідує із трьох втілень реактора, які відповіданий реактор заповнюється виключно у донній дають його принципам, поданих лише шляхом частині сполукою, яка має окислюватись, і окисприкладу і зроблені з посиланнями на подані малювальним газом. Такий реактор відрізняється люнки, в яких: тим, що він поділений на ступені розподільними - Фіг.2 є схематичне представлення частини пластинами, забезпеченими отворами, сумісними окислювального складення, що містить реактор виключно з односпрямованим потоком реакційного винаходу; 5 76774 6 - Фіг.3 є поперечний переріз вздовж лінії Ill-Ill Крім того, перфорації 12 мають бути не дуже Фігури 2; великими, щоб забезпечити висхідний напрям по- Фіг.4 є схематичне представлення коливання току Ε двохфазної суміші у корпусі 2, без значного диференціалу тиску між двома рівнями у реакторі рефлюксу рідини від верхнього ступеню 14 до низа фігурою 1, за певних умов роботи; жнього ступеню. - Фіг.5 є частковий схематичний вигляд пласТому через згадані вище причини перфорації тини, показаної на Фіг.3; 12 є суб'єктом суперечливих вимог. - Фіг.6 є вигляд, подібний до Фіг.5, для реактоЩо стосується аспекту безпеки, метою якого є ра відповідно до другого втілення винаходу і усунення акумуляції газу під пластинами 10, то - Фіг.7 є вигляд відповідно до Фіг.5 для реактомає бути визначена концепція часу виділення t, ра відповідно до третього втілення винаходу. який відповідає часу, необхідному для видалення Реактор 1, показаний на цих фігурах, містить газу між двома заздалегідь визначеними рівнями корпус 2, в якому закінчується трубопровід подачі реактора після припинення подачі окислювального 3 для сполуки, яка має окислюватись, наприклад, газу. циклогексану, від джерела (не показано). Можна встановити сенсор диференційного тиНасос 4 вставлений у трубопровід 3 для того, ску 15 для вимірювання різниці тиску на будь-якій щоб транспортувати циклогексан в корпус 2 при стороні пластини 10. Сенсор 15 приєднаний двома контрольованій швидкості потоку. розгалуженими лініями 15а та 15b до двох посліУ верхній частині корпусу 3 забезпечений друдовних ступенів 14 реактора 1. гий трубопровід 3', призначений для видалення Сенсор 15 може також вимірювати різницю тиреакційного середовища. ску через множину ступенів 10, у випадку, коли він Забезпечена система подачі окислювального приєднаний до не послідовних ступенів. газу реактора 1, яка містить трубопровід 5, приєдКрім того, другий сенсор для диференційного наний до джерела стисненого повітря 6. Окислютиску 16 приєднаний за допомогою відгалужених вальний газ означає кисень або газ, що містить ліній 16а та 16б до двох точок на різній висоті від кисень, такий як повітря, збагачене киснем. донної частини корпусу 2, всередині того ж самого Трубопровід 5 закінчується у основі корпусу 2, ступеню. тобто у його нижній частині, і приєднаний до трубСенсор 15 використовується для того, щоб ки 8 у формі змійовика, відцентрованому на по суті вимірювати падіння тиску поперек плити 10 і час вертикальній центральній осі Z-Z' корпусу 2 і завивільнення газу поперек згаданої пластини. Сенбезпечений перфораціями для проходження повісор 16 використовується для того, щоб вимірюватря. Як варіант можна використовувати множину ти затримку газу у ступені 14. трубок у формі кілець, відцентрованих на осі Z-Z'. Якщо подача циклогексану та окислювального На вершині корпусу 2 забезпечена трубка 9, газу до реактора 1 припинилось у час t0, то різниця щоб видаляти газову фазу, що складається із газу, тиску Ρ16, виміряна сенсором 16, зменшується, як що поступає із окислювального газу, та пари. видно на Фіг.4 за допомогою кривої Ρ16. За тих же Стрілка Ε1 показує потік циклогексану у нижній самих умов різниця тиску Ρ15, виміряна сенсором частині, або основі, 2а корпусу 2. Стрілки Е2 пока15, збільшується на величину , а потім зменшузують потік окислювального газу у цій частині. ється. t означає часовий інтервал між часом t0 і Реактор 1 поділений на ступені пластинами часом t4, коли Ρ15 досягає свого нижчого значен10, що утримуються на відстані один від одного за ня на пологій ділянці кривої. Між часом t0 та t1 віддопомогою дистанційних стрижнів 11. Можна вибувається перехідна фаза вивільнення газу, прикористовувати інші засоби для фіксування пластин сутнього у реакторі 1. 10 у корпусі 2. Шляхом порівняння вимірювань, здійснених у Кожна пластина 10 забезпечена перфораціяреакторі 1, оснащеному пластинами 10, як показами 12 для проходження реакційного середовища і но на Фіг.1, і у реакторі без пластин, можна визнаокислювального газу, що поступає відповідно від чити відставання часу вивільнення газу, спричинетрубопроводу 3 і трубки 8. не пластиною або пластинами, яке служить для Таким чином, реактор може бути поділений на порівняння цього відставання часу з лімітом, намножину ступенів 14, кожен з яких складає елемекладеним за допомогою аналізу по встановленню нтарний реактор. безпечності. Реактор 1 має бути забезпечений проти неНа практиці, розглядаючи перфорації з кругсправної роботи його системи постачання. Наприлим поперечним перерізом 12, у яких діаметр d12 клад, він має бути спроектований так, щоб можна коливається від 10 до 100мм, одержаний час вивібуло усунути або звести до мінімуму ризики самольнення t коротший, ніж час, встановлений за запалювання газу. За умов робочої температури і допомогою аналізу встановлення безпечності. тиску утворюються пари циклогексану, і суміші Діаметр d12 вибраний так, що він більший, ніж пари циклогексану і кисню можуть утворити вибу10мм, щоб упевнитись, що будь-яке забруднення хову суміш навіть без джерела запалювання. Тому перфорацій 12 не спричинить виникнення значної є суттєвим робити все можливе, щоб перешкоджаперешкоди для деяких або всіх перфорацій. Діати акумуляції такої газової суміші під пластинами. метр d12 вибраний меншим, ніж 100мм, щоб потік у Далі, падіння тиску, спричинене пластинами перфораціях 12 залишався односпрямованим у 10, має бути таким низьким, наскільки це можливо, напрямі стрілок Ε1 та Е2 на Фіг.2, тобто по суті верчерез причини, сформульовані вище. З точки зору тикальним у висхідному напрямі потоку. викладеного вище важливо, щоб перфорації 12 Краще, коли діаметр d12 вибраний так, що він були такими великими, наскільки це можливо. 7 76774 8 становить від 15 до 50мм, у цьому випадку час Як показано на Фіг.5, перфорації 12 можуть вивільнення несподівано є по суті еквівалентним бути рівномірно розподілені у по суті трикутній такому реактора без будь-яких пластин. Іншими решітці. Вони можуть бути рівномірно розподілені словами, пластина або пластини 10 реактора 1 у по суті квадратній решітці, як показано на фіг. 6, винаходу не заважають не обмеженому видаленабо в по суті гексагональній решітці бази, як поканю газу. зано на Фіг.7. Можна розглядати інші геометричні D2 означає діаметр корпусу 2. розподілення перфорацій 12 у пластинах 10. Площа А10 пластини 10 дорівнює πD22/4. ПлоПерфорації 12 не обов'язково мають бути ща перфорації 12 дорівнює πd122/4. перфораціями з круглим поперечним перерізом, N означає кількість перфорацій 12 у пластині хоча такий поперечний переріз є привабливим 10. Співвідношення перфорацій пластини 10 стазавдяки легкості виготовлення у пластинах 10. новить: Τ=ΝxА12/А10=Νxd122/d22. Пластини 10 можуть мати форму пластин з Завдяки значенню діаметрів d12 та D2, N вибдостатньою товщиною, щоб одержати зручну мераний так, що співвідношення перфорацій Τ колиханічну міцність, причому перфорації 12 одержані вається в межах від 10 до 50%, краще від 10 до шляхом пробивання отворів у випадку металевих 30%. При такому співвідношенні перфорації потік пластин. Пластини можуть бути металевими, кеΕ є по суті односпрямованим і висхідним потоком у рамічними або виготовленими із будь-якого іншого корпусі 2, оскільки, як зазначено вище, падіння матеріалу, який підходить до умов їх роботи. тиску і час вивільнення залишається сумісним з Винахід описаний з посиланням на окислювабезпечною роботою в промисловості обладнання, льну реакцію циклогексану. Однак, він не обмежущо має у своєму складі такий реактор. ється цією реакцією, і реактор винаходу може бути По суті односпрямований і висхідний потік Ε використаний у будь-якій окислювальній реакції можна контролювати за допомогою так званої мерідини за допомогою газу, що містить кисень, і, тодики "вимірювання розподілення часу знахозокрема, для окислення вуглеводню, наприклад, дження", яку здійснюють за допомогою введення конверсії кумену до фенолу. спостережного пристрою. 9 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 76774 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601