Реактор для проведення хімічних реакцій при контактуванні рідин, що не змішуються

1. Реактор для проведения химических реакций при контактировании несмешивающихся жидкостей, включающий цилиндри ческий горизонтальный корпус, снабженный Изобретение относится к устройствам для проведения химических реакций при контактировании несмешивающихся жидко внутренним статическим смесителем, отличающийся тем, что статический смеситель выполнен в виде горизонтальной полой трубы, на наружной поверхности которой расположены диспергационные камеры, представляющие собой цилиндры, открытые со стороны трубы смесителя и имеющие глухие крышки со стороны рабочего объема, и перфорированные по цилиндрической поверхности сориентированными отверстиями, при этом диспергационные камеры расположены по вершинам прямоугольников равномерно по наружной окружности трубы смесителя и с равными шагами по длине трубы смесителя отверстия расположены с двух противоположных сторон диспергационных камер на одной оси, находящейся в плоскости, параллельной центральной оси трубы смесителя, ось расположения отверстий направлена под углом ct а= arctg -^ к оси трубы статического смесителя, где: t - шаг расположения диспергационных камер подлине трубы смесителя; R - радиус окружности расположения центров выходных сечений отверстий диспергационных камер; с - опытный коэффициент, равный от 0,9 до 1,1. 2. Реактор по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что наружные поверхности диспергированных камер в местах расположения отверстий выполняют в виде плоскостей, перпендикулярными осям отверстий. стей и может быть использовано в химической, нефтяной, гидрометаллургической и других отраслях промышленности. с > ел о о о 15607 Известны реакторы для проведения химических реакций при контактировании несмешивающихся жидкостей З.Штербачек, П.Тауск. Перемешивание в химической промышленности.-Л.Химия, 1963, с.293, рис.131; 5 Л Н.Брагинский, В.И.Богачев, В.М.Барабаш. Перемешивание в жидких средах - Л.Химия, 1984, с.328, рис. 14.10; патент США № 3405059, имеющие горизонтальный цилиндрический корпус, патрубки для ввода и вывода реаген- 10 тов и внутренние перемешивающие устройства, служащие для интенсификации контакта реагирующих компонентов. Однако такие реакторы характеризуются неравномерностью перемешивания кон- 15 тактирующих фаз, необходимостью иметь после реактора специальный сепаратор для разделения проконтактировавших легкой и тяжелой фаз. Известен также горизонтальный хими- 20 ческий реактор Н.Н.Лебедев. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза - М., Химия, 1988, с 253, рис.76, имеющий внутреннюю разде лительную камеру. 25 Однако это позволяет надежно отделить только парообразные компоненты, а для разделения жидких фаз все равно приходится устанавливать специальный сепаратор. Наиболее близким по технической сущ- 30 ности к предлагаемой конструкции является реактор патент США Ns 3179605, кл. 252-325, 1965, представляющий собой горизонталь ный цилиндрический аппарат, снабженный патрубками для ввода реагентов, смеситель- 35 ной камерой с расположенными в ней ме шалками, успокоительную камеру, заполне нную насадкой, разделительной камерой, снабженной патрубками для ввода легкой и тяжелой фаз. 40 Однако известная конструкция имеет ряд существенных недостатков. Неорганизованность циркуляционных потоков в смесительной камере не обеспечивает эффективного контакта исходных компонен- 45 тов. Заполненная насадкой успокоительная камера не позволяет работать на загрязненных жидкостях из-за забивки насадки. Сальниковые уплотнения перемешивающих устройств приводят к утечкам продуктов, 50 снижают экологичность и безопасность аппарата при работе на легковоспламеняющихся и ядовитых жидкостях. Механические нагрузки (крутящие моменты) и вибрации от мешалок заставляют усиливать корпус аппа- 55 рата. Наличие насадки обусловливает создание для ее сложной опорной металлоконструкции. Все это увеличивает металлоемкость реактора. Наличие насадки повышает общую материалоемкость. Увеличение эффективности и произво дительности аппарата и уменьшение метал лоемкости достигается путем интенсификации смешения контактирую щих фаз и уравновешивания крутящих мо ментов в конструкции смесителя, для чего статический смеситель выполнен в виде го ризонтальной полой трубы, на наружной по верхности которой расположены диспергационные камеры, представляющие собой цилиндры, открытые со стороны тру бы смесителя и имеющие глухие крышки со стороны рабочего объема, и перфорирован ные по цилиндрической поверхности сори ентированными отверстиями, дисперга ционные камеры расположены по вершинам прямоугольников равномерно по наружной окружности трубы смесителя и с равными шагами по длине трубы смесителя, отвер стия расположены с двух противоположных сторон диспергационных камер на одной оси, находящейся в плоскости, параллель ной центральной оси трубы смесителя, ось расположения отверстий направлена подугct лом a =arctg ^ПБГ к оси трубы статического смесителя (t - шаг расположения диспергационных камер по длине трубы смесителя; R - радиус окружности расположения центров выходных сечений отверстий диспергационных камер; С - опытный коэффициент, равный от 0,9 до 1,1), наружные поверхности диспергационных камер в местах расположения (выхода) отверстий выполняют в виде плоскостей, перпендикулярных осям отверстий. На фиг.1 изображен реактор для проведения химических реакций при контактировании несмешивающихся жидкостей, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - узел I на фиг.1; на фиг.4 - узел II на фиг.2; на фиг.5 - вид Б на фиг.4; на фиг.6 разрез В-В на фиг.2; на фиг.7 - разрез Г-Г на фиг.2; на фиг.8 - аксонометрическое изображение статического смесителя реактора для проведения химических реакций при контактировании несмешивающихся жидкостей; на фиг.9 и 10 - направления истечения струй из сориентированных отверстий диспергационных камер статического смесителя и циркуляционные токи жидкости в поперечном сечении реактора; на фиг. 11 циркуляционные токи жидкости в продольном сечении реактора; на фиг. 12 показан прототип. Реактор состоит из горизонтального цилиндрического корпуса 1, снабжен патрубком 2 для ввода смеси исходных реагентов, статическим смесителем 3, патрубком 4 для вывода реакционной жидкости (легкой орга 15607 ничесхой фазы) на дальнейшую переработку, патрубком 5 для вывода - дренажа тяжелой (водной) фазы. Статический смеситель 3 выполнен в виде горизонтальной полой трубы, на наружной поверхности которой рас- 5 положены диспергационные камеры 6, представляющие собой цилиндры, открытые со стороны трубы смесителя и имеющие глухие крышки со стороны рабочего объема реактора. Диспергационные камеры 6 на на- 10 ружной поверхности имеют сориентированные отверстия 7 для истечения смеси реагентов. Наружные поверхности 8 дис-пергационных камер б в месте расположения (выхода) отверстий 7 выполнены в виде 15 плоскостей, перпендикулярных осям отверстий, 9 - граница раздела фаз. истечения струй обеспечивают такое положение, что в рабочем пространстве реактора исключается пересечение струй, их столкновение между собой и, тем самым, сохраняются условия для дробления взаимодействующих фаз по обоим механизмам. При столкновении струй происходило бы дробление их на малоподвижные, очень мелкие капли органической фазы, малоэффективные, как с точки зрения массообмена и химического взаимодействия, так и с точки зрения последующего расслаивания легкой и тяжелой фаз. При истечении струи вовлекают в интенсивное движение массы окружающей сплошной водной фазы. В рабочей зоне аппарата возникает интенсивная циркуляция двухфазной реагирующей системы, что способствует эффективному протеканию процесса. То, что струи не сталкиваются, позволяет сохранить возникающую за счет указанных выше эффектов циркуляцию. Выполнение наружных поверхностей диспергационных камер в местах расположения (выхода) отверстий в виде плоскостей, перпендикулярных осям отверстий, обеспечивает формирование симметричных относительно своих осей струй вытекающей жидкости, и осуществить описанные выше эффекты (избежать столкновения струй, обеспечить интенсивную циркуляцию реагентов в рабочей зоне реактора). Водная (тяжелая) фаза в рабочей зоне реактора насыщена струями и каплями органической (легкой) фазы, благодаря чему ее общая плотность снижается, и в аппарате возникает еще и продольная циркуляция тяжелой фазы, способствующая выносу из реакционной зоны "отработавших" капель легкой фазы, чем обеспечивается поддержание высокого уровня движущей силы (разницы концентраций) в рабочей зоне, и, как следствие, повышается эффективность процессов. Капли легкой (органической фазы) образуются в результате дробления истекающих струй жидкости при трении о сплошную фазу и в результате конечного распада струй. В рабочей зоне аппарата капли частично коалесцируют на границе раздела фаз 9 со сплошным слоем легкой фазы, а остальная часть капель выносится в сепарационную зону, где происходит окончательное разделение прореагировавших легкой и тяжелой фаз. Легкая фаза выводится из реактора через патрубок 4, тяжелая фаза через патрубок 5. Реактор для проведения химических реакций при контактировании несмешиваю- 20 щихся жидкостей работает следующим образом (на примере щелочной нейтрализации моно- и дикарбоновых кислот и щелочного разложения эфиров и гидроперекиси циклогексила в оксидате процесса окисле- 25 ния циклогексана в производстве капролактама). Смесь реагентов в виде потока двух несмешивающихся жидкостей (оксидат процесса окисления циклогексана и водный 30 щелочной раствор) через патрубок 2 подают в горизонтальную полую трубу статического смесителя 3, где происходит первичное смешение реагентов за счет скорости потока и его турбулизации за счет расположенных на 35 стенке трубы входов в диспергационные камеры 6. Дальнейшая турбулизация происходит при повороте двухфазного реагирующего потока в диспергационные камеры, в диспергационных камерах. Из диспергаци- 40 онных камер 6 двухфазный поток реагирующих компонентов через отверстия 7 истекает в рабочий объем реактора в виде двухфазных струй. Основное тело струи составляет легкая органическая фаза (оксидат 45 процесса окисления циклогексана), в которую в виде капель вкраплена тяжелая (водная) фаза. За счет разницы скоростей по сечению вытекающей двухфазной струи происходит дальнейшее дробление содер- 50 жащихся в ней капель водной фазы. С другой стороны, при взаимодействии органической струи со сплошной водной фазой в рабочем объеме реактора происходит отрыв от струи капель органической фазы. Происходит как 55 бы одновременное дробление обеих (легкой и тяжелой, органической и водной) фаз, реаИспользование предложенного технилизуются сразу оба возможных механизма ческого решения позволяет существенно дробления. Ориентировка отверстий дис- интенсифицировать перемешивание фаз в пергационных камер, определенные углы реакторе для проведения химических реак 15607 ций при контактировании несмешивающихся жидкостей, в результате чего увеличива 8 ется эффективность и производительность аппарата, его удельная металлоемкость. V в і J7 ч\\\\\У 10991 T A 15607 в~в I09SI 15607 Техред М.Моргентал Упорядник Замовлення 4192 Коректор А.Обручар Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101