Размещено на http://www.allbest.ru/

1. РЕАКТОРЫ В ГОМОГЕННОЙ СИСТЕМЕ «ЖИДКОСТЬ - ЖИДКОСТЬ»

Реакции в гомогенной системе жидкость-жидкость очень часто протекают в кинетической, или же в кинетико-диффузионной области. Для того чтобы уменьшить влияние процесса диффузии реагентов на общую скорость процесса реакции, процесс стремятся проводить при интенсивном перемешивании реагентов. Интенсификацию кинетики непосредственно химической реакции осуществляют часто с использованием жидких и твердых катализаторов и проведением процесса при максимально возможной, большой температуре. Величина максимальной температуры определяется термической устойчивостью реагентов или продуктов реакции.

Поэтому классификацию реакторов в системе жидкость-жидкость удобно осуществлять по следующим признакам:

а) по способу перемешивания реагирующих сред;

б) по способу подвода или отвода теплоты и конструктивному оформлению теплообменников в реакторах;

в) по наличию или отсутствию катализатора.

По способу перемешивания реагентов реакторы в системе жидкость-жидкость подразделяются на две подгруппы:

1. Реакторы, использующие для перемешивания механические мешалки различного конструктивного оформления.

2. Реакторы, использующие для перемешивания гидродинамические, статические перемешивающие устройства.

1.1 Реакторы с механическим перемешиванием реагирующей системы

В настоящее время во всех странах мира наибольшее применение нашли реакторы первой подгруппы. В жидкостных реакторах используются как тихоходные (якорные, лопастные, ленточные, шнековые, листовые), так и быстроходные (пропеллерные, винтовые и турбинные) мешалки.

Якорные мешалки очень часто используются как для перемешивания реагентов, так и для интенсификации теплообмена от теплоносителя, находящегося в рубашке, к объему реагентов от стенок аппарата при вязкостях жидкости до 5 Па•с. При больших вязкостях жидкостей до 3•10³ Па•с используются шнековые и ленточные мешалки. Ленточная мешалка представлена на рис.2.1 и имеет диаметр ленты, равный (0,9ч0,98)D_а, где D_а - диаметр аппарата.

В тех же случаях, когда в реакторах имеются встроенные теплообменники (змеевиковые, трубчатые), то перемешивание и интенсификация теплообмена осуществляется пропеллерными (рис. 2.2) или винтовыми (рис. 2.3) мешалками.

Рис.2.1. Ленточная мешалка



Рис. 2.2. Реакторы емкостного типа

а - периодического действия:

1 - приводная головка; 2 - привод сливного клапана; 3 - равноплечный рычаг; 4 - сливной клапан; 5 - мешалка; 6 - змеевиковый теплообменник; 7 - корпус; 8 - крышка реактора



Рис. 2.3. Реактор с коническим подъемником и гравитационным сепаратором: 1 - привод; 2 - конический подъемник; 3 - сепаратор; 4 - корпус; 5 - змеевики; 6 - винтовая мешалка; 7 - пропеллерные мешалки.

Неподвижные смесители второй подгруппы подразделяются на струйно-эжекционные (рис.2.4.; 2.5) и статические, содержащие вставки в трубчатые реакторы идеального вытеснения различного конструктивного оформления (рис. 2.6). Из рис. 2.6. наглядно видно, что вставки могут быть винтовыми (а), наборными из элементов, соединенных друг с другом под различными углами (б, в) и сложными вырезами (г, д), позволяющими интенсивно и многократно перемешивать реагирующие жидкости.



Рис. 2.4. Схема инжекционного нитратора

1 - сопло; 2 - приемная камера; 3 - диффузор; 4 - камера смешивания

Рис. 2.5. Схема реакторной установки с реактором полного вытеснения:

1 - охладительная емкость; 2 - инжектор-смеситель; 3 - реактор-змеевик; А и Б - жидкие реагенты.

Рис.2.6.

а, б - Насадочные элементы фирмы «Зульцер»; в - штампованный элемент SMV;

г - закручивающие насадки Кеникса (Kenics); д - перемешивающие насадки Росса (Ross); е - коаксиальная насадка (набирается в пакет); А и Б - жидкие реагенты.

По способам подвода или отвода теплоносителя все реакторы подразделяются на две подгруппы:

а) реакторы с внешним подводом или отводом теплоты;

б) реакторы с рубашками и встроенными теплообменниками.

На рис. 2.7 показаны схемы реакторов с различными конструкциями наружных рубашек. Рубашки могут быть сплошными с вмятинами (рис. 2.8.), с приваренными змеевиками, полутрубами и даже с приваренными уголками и вертикальными приваренными полутрубами (рис.2.7.)

Рис.2.7. Реакторы, обогреваемые разными теплопередающими средствами: а - с греющей рубашкой; б - с циркуляционной спиралью; в - с приварными змеевиками; г - с приварными змеевиками и радиально расположенными по днищу трубами;

д - с приварными вертикальными полутрубами; е - с приварными змеевиками на стенках и рубашкой на днище



Рис. 2.8. Аппараты с вмятинами на рубашке:

а - корпус роторно-пленочного аппарата; б - корпус емкостного аппарата;

в - расположение вмятин по прямоугольнику; г - шахматное расположение вмятин

При больших температурах стенки реактора экономически целесообразно нагревать не паром большого давления, а горячим газом (рис.2.9.) или же наружными электронагревателями (рис.2.10; 2.11).



Рис. 2.9. Реакторы, обогреваемые продуктами сгорания (стрелками на рисунке показано направление движения дымовых газов)

Необходимо, к сожалению, отметить, что обогрев реакторов дымовыми газами в России осуществляют очень редко, хотя в США и Канаде очень часто используется обогрев продуктами сгорания газов и подобные аппараты продолжают проектировать, так как капитальные вложения в этом случае на 40% меньше, чем при использовании аппаратов, обогреваемых жидкими теплоносителями, и на 60% меньше для аппаратов, обогреваемых парами ВОТ (высокотемпературных органических теплоносителей). Конструкции теплообменных поверхностей в таких аппаратах для увеличения коэффициента теплоотдачи от горячих газов к стенке реактора снабжаются спиральными перегородками (рис.2.9.б.)

Рис. 2.10. Аппарат с индукционным обогревом однофазным током:1 - дисковая индукционная катушка; 2 - промежуточный изоляционный слой; 3 - разделитель магнитных полей; 4 - фиксатор; 5 - термоизоляция; 6 - воздушный зазор

В конструкциях аппаратов с индукционным нагревом индуктор (катушка) по конструкции подобен статору асинхронного двигателя. Витки укладывают в пазах магнитопровода, параллельных образующей цилиндрического корпуса. Индуктор крепят на реакторе так, чтобы обеспечить минимальный зазор между магнитопроводом и реактором. Наружная стенка покрывается слоем меди толщиной 1 мм. Магнитный поток, создаваемый током обмотки, выходит из полюса, проходит через слой меди и замыкается в стальной стенке реактора. В слое меди возникают большие вихревые токи, разогревающие стенку аппарата. Реакторы обогревают однофазным (рис.2.10.) или трехфазным переменным током (рис.2.11.)

Рис. 2.11. Аппарат с индукционным обогревом трехфазным током:

1 - дисковая индукционная катушка; 2 - стенка аппарата; 3 - промежуточный изоляционный слой; 4 - разделитель магнитных полей; 5 - фиксатор; 6 - термоизоляция

Рекомендуется использовать индукционные нагреватели до температуры 400⁰С [7]. Чугунные литые аппараты находят применение в химической промышленности в связи с хорошей химической стойкостью силицированных чугунов. Рубашки на корпусе можно закрепить только с помощью сальников с мягкой набивкой, поэтому часто нагрев осуществляют с помощью электроспиралей и тенов. (рис. 2.12.).

Рис. 2.12. Чугунный аппарат для щелочного плавления: 1 - корпус реактора; 2 - якорная мешалка; 3 - электроспирали; 4 - выходной штуцер

На рис. 2.12.показан чугунный аппарат (1) для щелочного плавления, применяющий в производстве фенола, крезолов и других продуктов. Для интенсификации теплообмена он снабжен якорной мешалкой (2), специальным вентилем для выпуска продуктов реакции (аппарат периодического действия). Аппарат обогревается с помощью электроспиралей (3), помещенных в кожухе с теплоизоляцией.

1.2 Реакторы с большим тепловым эффектом и интенсивной циркуляцией реагентов

В аппаратах с механическим перемешиванием реагирующих сред при осуществлении химических реакций с большим тепловым эффектом поверхности теплопередачи в виде наружной рубашки уже недостаточно и внутрь реакторов помещают теплообменники в виде змеевиков (рис. 2.13) или кожухотрубчатых теплообменников (рис.2.14, 2.15).

Рис. 2.13. Реактор полного перемешивания:

1 - привод; 2 - крышка; 3 - корпус; 4 - сливной клапан; 5 - змеевик; 6 - вал с мешалками



Рис. 2.14. Схема реактора с большим тепловым эффектом реакции и с промежуточным гидродинамическим режимом: 1 - привод; 2 - корпус; 3 - сливной клапан; 4 - теплообменник; 5 - диффузор; 6 - винтовая или пропеллерная мешалка.



Рис. 2.15. Схема реактора с большим тепловым эффектом реакции с выносным теплообменником: 1 - теплообменник-реактор; 2 - камера распределения; 3 - привод; 4 - винтовая мешалка; 5 - диффузор.

В реакторах с центральным диффузором (рис.2.14) реагенты для быстрого их смешения подают сверху в диффузор (5) под пропеллерную мешалку, которая за счет осевой составляющей гидродинамического потока перемещает реагирующие компоненты вниз аппарата, откуда последние направляются в трубки теплообменника 4, в которых устанавливается заданная температура за счет подачи теплоносителя в межтрубное пространство. В диффузоре 5 часто устанавливаются лопатки, профилированные по винтовой линии, обратного направления по отношению к лопастям перемешивающего устройства для спрямления потока с целью уменьшения гидравлического сопротивления внутренних потоков. Иногда при очень больших тепловых потоках кожухотрубный теплообменник делают выносным, соединенным с диффузором 5 большими коленами (рис. 2.15). В этом случае реакция протекает как в диффузоре, так и в трубках теплообменника 1. Исходные реагенты подаются в распределительную камеру 2.

За счет циркуляции реагирующих жидкостей в аппаратах (рис.2.14 и 2.15) выдерживается необходимое время для достижения заданной степени превращения при фиксированной температуре в реагирующей смеси.

В качестве примера на рис. 2.16 показан реактор синтеза бутилкаучука. Бутилкаучук получают совместной полимеризацией изобутилена с изопреном. В этом аппарате пропеллерная мешалка 4 установлена внизу реактора и обеспечивает интенсивную циркуляцию реагентов.

Производительность мешалки по осевому потоку во много раз превышает общую производительность аппарата по полимеризату, что позволяет реагентам несколько раз пройти через реакционные трубки 3. Реакция протекает при подаче жидкого катализатора по форсунке 5 непосредственно под мешалку.

Реакция полимеризации экзотермическая, поэтому хладоагент (жидкий этилен с температурой -104⁰С) последовательно проходит рубашки нижнего днища, межтрубное пространство корпуса и рубашки верхней крышки.

1.3 Реакторы со скребковыми мешалками

Недостатком реактора, показанного на рис. 2.16, является отложение вязкого каучука на стенках реакционных трубок 3 и стенках диффузора, днища и крышки. Поэтому данный реактор останавливают через каждые 50ч60 часов непрерывной работы на чистку, которая проводится путем растворения полимера в чистом углеводородном растворителе при работающей мешалке [9].

Рис. 2.16. Полимеризатор для синтеза бутилкаучука:

1 - корпус; 2 - центральная циркуляционная труба; 3 - трубки; 4 - осевой насос; 5 -форсунка; 6 - электродвигатель

В этой связи наиболее типовым реактором для полимеризации синтетических каучуков является аппарат со скребковыми мешалками.

Аппарат со скребковыми мешалками (рис. 2.17) имеет скребки 2, которые при вращении мешалки непрерывно соскребают полимер как со стенок 1 реактора, так и со стенок днища и крышки 5. Скребки прикреплены к раме 3, передающей им вращение от вала мешалки и привода 6.



Рис. 2.17. Скребковый полимеризатор:

1 - корпус; 2 - скребок; 3 - рама; 4 - вал; 5 - крышка; 6 - привод

Скребки не только снимают со стенок слой образующегося каучука, но и существенно интенсифицируют теплопередачу к вязким растворам.

Исследования процесса теплообмена при работе мешалок с вязкими растворами [9] показывают, что коэффициент теплопередачи аппаратов со скребковыми мешалками в 6 раз выше по сравнению с типовыми (например, якорными) мешалками. реактор теплоноситель реагент циркуляция

Поэтому реакторы со скребковыми мешалками являются типовыми аппаратами для случаев, когда продуктами реакции в системе жидкость-жидкость является твердый или вязкий продукт, который всегда образуется, в первую очередь, на поверхности теплообмена.

Основным оригинальным конструктивным элементом таких реакторов является скребковое устройство. Применение жестких скребков, не имеющих упругих элементов, приводит к образованию зазора между скребком и стенкой из-за биения вала и невозможностью выдержать строго цилиндрическую форму аппарата. Жестко закрепленные, например, шнековые скребки применяются лишь для аппаратов малого диаметра. Не имеют упругих элементов также шарнирные скребки, показанные на рис.2.18.

Рис. 2.18. Шарнирные скребки:

а - скребок, поджимаемый к стенке силой давления среды; б - скребок, поджимаемый к стенке центробежной силой

Скребок, изображенный на рис. 2.18 а, можно применять только для маловязких систем и при значительной скорости вращения.

Подобный скребок, в основном, используется в роторно-пленочных аппаратах для реакционных систем газ-жидкость.

Также и скребок, представленный на рис. 2.18б, применяется при больших центробежных силах и достаточной массе самого скребка, когда центробежная сила, прижимающая скребок к стенке, будет гарантировано больше силы сопротивления вязкой среды, рассчитываемой по уравнению Ньютона.

Наиболее распространены скребковые устройства с упругими элементами. Такое устройство состоит из скребка, несущей рамы и упругих элементов, соединяющих скребок с рамой. Например, в полимеризаторах применяются скребки, имеющие в качестве упругих элементов металлические стержни из пружинной стали (рис. 2.19). Соединение стержней с рамой и скребком в такой конструкции осуществляется с помощью цанговых зажимов, что позволяет легко выполнять разборку и сборку скребкового устройства.

Рис. 2.19. Скребок с упругим элементом (а) и крепление лезвия (б):

1 - цанговый зажим; 2 - пружина; 3 - планка; 4 - лезвие скребка; 5 - корпус аппарата.

Лезвие скребка изготавливается из фторопласта или из композиционного материала на основе фторопласта (типа ФК-20, ФК-30), где цифра свидетельствует о процентном содержании кокса.

Композиционный материал имеет большую прочность и износостойкость, так как наиболее быстро выходят «из строя» именно скребки. Долговечность скребков определяет время надежной работы реакторов со скребковыми мешалками. Для уменьшения износа применяют мешалки со скользящим скребком (рис. 2.20), который поджимается к стенке аппарата плоской пружиной. Ось скребка образует острый угол с касательной к корпусу, что обеспечивает создание клина жесткости, гидродинамическое давление которого противодействует упругой силе пружины. Вследствие этого между скребком и стенкой аппарата остается очень тонкий слой жидкости, уменьшающий износ скребка.



Рис. 2.20. Скребок, поджимаемый плоской пружиной:

1 - корпус аппарата; 2 - вал; 3 - каркас мешалки; 4 - плоская пружина; 5 - лезвие скребка.

Скребки на мешалках могут располагаться в одной плоскости (рис.2.21,а) или же в нескольких плоскостях (рис.2.21,б). По высоте скребки располагаются таким образом, чтобы поверхность, ометаемая одним скребком, перекрывалась поверхностями, ометаемыми соседними скребками.

Рис. 2.21. Расположение скребков на валу мешалки:

а - в одной плоскости; б - в нескольких плоскостях

Для увеличения технологической надежности работы реакторов-полимеризаторов каучуков и других полимеров внутрь реакторов помещают коаксиально встроенные теплообменники 3, наружные и внутренние поверхности которых, а также внутренняя поверхность реактора непрерывно очищается скребковыми мешалками 2 (рис. 2.22).

Рис. 2.22. Полимеризатор с коаксиальным цилиндрическим теплообменником:

1 - привод скребков; 2 - скребковое устройство; 3 - коаксиальный цилиндр; 4 - привод циркуляционного осевого насоса

Мешалки 2 приводятся во вращение от одного привода 1. Коаксиальный плоский цилиндрический теплообменник удерживается соосно в корпусе аппарата с помощью вертикальных (снизу и сверху теплообменника) центрирующих болтов, а также двух штуцеров с конической резьбой, служащих для подвода и отвода хладоагента.

Для очень вязких систем, которые, в частности, образуются в процессе синтеза полиизобутилена и других полимеров применяются также одно- и двучервячные реакторы, так как скребки в этих случаях механически ненадежны.

Узел уплотнения вращающихся валов

В аппаратах с мешалками при осуществлении реакций с вредными, взрыво- и пожароопасными веществами ответственным узлом, обеспечивающим герметичность реактора, является узел уплотнения зазора между вращающимся валом и крышкой аппарата. Сложность решения задачи уплотнения вращающихся валов заключается в их радиальных биениях вследствие появления динамической силы, которая приложена к центру тяжести мешалки и пропорциональна эксцентриситету (смещению центра тяжести относительно оси вращения). При эксплуатации реакторов эксцентриситет всех мешалок возрастает вследствие неравномерного абразивного и коррозионного износа рабочих лопастей мешалок.

Основными уплотнениями вращающихся валов в реакторах являются сальниковые уплотнения с мягкой набивкой, а также одинарные и двойные торцовые уплотнения [15]. Сальники с мягкой набивкой используются при малых радиальных биениях вала и небольших давлениях среды.

На рис. 2.23 показано простейшее одинарное торцовое уплотнение. Подвижное кольцо крепится к втулке, закрепленной на валу. Неподвижное кольцо 2 связано с корпусом уплотнения с помощью гибкого элемента - сильфона. Кольца прижимаются друг к другу с помощью нескольких пружин 4. Для охлаждения пары трения в корпус подается охлаждающая вода. Кольцо 3 имеет полированную поверхность, по которой скользит неподвижное кольцо 2 из антифрикционного материала.

Разрыва между кольцами не происходит даже при радиальных биениях вала, которые появляются вследствие наличия динамических сил.

Более совершенными являются двойные торцовые уплотнения с запирающей и охлаждающей жидкостью, которые даже в случае разрушения одного из колец не позволяют выброситься взрыво- и пожароопасным парам, газам вследствие подачи запирающей жидкости с давлением, большим давления газов или паров в реакторе.

Рис.2.23. Одинарное торцовое уплотнение вала

1 - сильфон; 2 - неподвижное кольцо; 3 - металлокерамическое вращающееся кольцо;

На рис. 2.24 показана конструкция двойного торцового уплотнения, в котором благодаря наличию промежуточной полости с запирающей жидкостью полностью исключается проскок среды через уплотнение.



Рис. 2.24. Двойное торцовое уплотнение

1 - вращающиеся кольца; 2 - неподвижные кольца; 3 - кольцевые вторичные уплотнения

Проскок вредных и взрывоопасных паров полностью исключен в реакторах с герметическим приводом, схема одного из которых представлена на рис. 2.25.



Рис. 2.25. Реакторы с герметическим приводом: а - схема реактора с герметическим приводом; б - схема герметического привода:

1 - вал; 2 - ротор асинхронного электродвигателя; 3 - гильза экранирующая из немагнитного материала; 4 - корпус реактора; 5 - статор асинхронного электродвигателя; 6 - масляная ванна; 7 - охлаждающая водяная рубашка; 8 - винт перемешивающего устройства; 9 - диффузор; в - схема винтового перемешивающего устройства: 1 - опасти пропеллера; 2 - изогнутые лопасти винтовой турбинки; 3 -

В этом реакторе винтовая мешалка 4 приводится во вращение герметическим приводом 3. Для лучшего перемешивания в реакторе находится направляющая циркуляционная труба 9, 3, обеспечивающая хорошие скорости обтекания стенки реактора 1 и однородность температуры в объеме реактора. Реагенты в таком аппарате могут подаваться и сверху и снизу реактора.

Реакторы с полным вытеснением для проведения реакций с большой вязкостью

При полимеризации в массе без выделения летучих продуктов применяют реакторы идеального вытеснения, которые при минимальном их объеме обеспечивают высокую степень превращения при оптимальной температуре.

Примером такого реактора является аппарат для полимеризации стирола в массе (рис.2.26). В верхнюю часть аппарата вводят 28-процентный раствор полимеров в мономере, получаемый в предварительном полимеризаторе. Реакционная масса, в которой концентрация полистирола возрастает вследствие полимеризации, движется в реакторе ламинарно со скоростью около 0,1 м/ч. Вязкий расплав готового полимера непрерывно выгружается через штуцер в нижнем конусе аппарата. Высота корпуса - 8 м, температура в реакционном пространстве увеличивается от 100⁰С в верхних секциях до 200ч220⁰С в нижних секциях. В верхних секциях, в которых велика и скорость полимеризации, максимальна также и поверхность теплопередачи в виде рубашки и встроенных змеевиковых теплообменников. Змеевиковые теплообменники в нижних секциях на рис. 2.26 условно не показаны. В качестве теплового агента используют высокотемпературный органический теплоноситель (динил).

Реактор чрезвычайно прост. Шесть цилиндрических царг с рубашками и змеевиками, крышка и выгрузочный конус 7 соединяются между собой фланцами. Для лучшего теплообмена рубашки снабжены винтовыми вставками 11.

Рис. 2.26. Реактор для непрерывной полимеризации стирола в массе:

1 - 6 - секции; 7 - конус; 8 - крышка; 9, 10 - змеевики (условно показаны только в двух верхних царгах); 11 - винтовые вставки в рубашки.

Другим примером реактора с полным вытеснением может быть реактор непрерывной полимеризации в производстве капролактама (рис. 2.27). В настоящее время работает несколько модификаций реакторов с интенсификацией радиального перемешивания компонентов при малой интенсивности осевого перемешивания. На рис. 2.27 показан реактор, состоящий из двух реакционных труб.

Рис. 2.27. Реактор для непрерывной полимеризации (производство капролактама):

1 - электродвигатель с редуктором; 2 - стойка; 3 - первая реакционная труба (первая секция); 4 - мешалка; 5 - 11 - секция нагревательной рубашки; 12 - вторая реакционная труба (вторая секция); 13 - сливная труба; 14 - 16 - электронагреватели большой, средней и малой мощности, соответственно; 17 - неподвижные перфорированные диски.

В левой верхней реакционной части интенсификация радиального перемешивания осуществляется перфорированными дисками, вращающимися на валу 4, а в нижней части - неподвижными перфорированными дисками 17, диаметр которых уже больше верхних и составляет 0,95ч0,98 D_а, где D_а - диаметр аппарата.

Назначение вращающихся и неподвижных перфорированных дисков состоит в усреднении скоростей течения реагентов по радиусу. При высоте реактора 6ч8 м и диаметре D_а = 1000 мм время пребывания составляет 20-30 часов. При таком времени пребывания устанавливается ламинарный режим течения реагентов.

Для постоянства молекулярных масс выходящего продукта полимеризации желательно, чтобы время пребывания реагентов у обогреваемой стенки 3 и в центре реактора было близко друг к другу.

Во второй реакционной трубе 12 циркуляция осуществляется за счет некоторого увеличения скоростей потока, который сначала движется снизу вверх по кольцевому зазору между стенкой 12 и внутреннему стакану 13, а затем уже продолжает движение сверху вниз. При этом вязкость полимера возрастает вследствие протекания процесса полимеризации.

Реактор разделен на секции, которые обогреваются своими рубашками 5-11 с индивидуальными электронагревателями 14, 15, 16. Вверху, где скорость эндотермического процесса наибольшая, стоят нагреватели 14 большой мощности, в средней части реактора нагреватели средней мощности 15, а внизу и во второй секции реактора - уже нагреватели малой мощности 16. Обогрев ведется с использованием высокотемпературного теплоносителя - динила, так как полимеризация осуществляется при температуре 270⁰С. Труба, соединяющая обе секции реактора, также обогревается за счет наличия рубашек 8, 9.

Наличие семи рубашек на аппарате позволяет поддерживать на каждом уровне реактора свою оптимальную температуру.

1.4 Многосекционный реактор с мешалками в вертикальном исполнении (каскад реакторов в вертикальном исполнении)

В реакторах непрерывного действия с мешалками в одном аппарате невозможно получить высокую степень превращения реагентов. Для увеличения степени превращения реагентов с использованием аппаратов с мешалками обычно применяют каскад последовательно установленных реакторов.

В производстве многих органических веществ используется каскад реакторов, установленных друг над другом в вертикальном положении (рис. 2.28).

Рис. 2.28. Многосекционный реактор для полимеризации или поликонденсации

1 - электродвигатель; 2 - редуктор; 3, 12 - подшипники; 4 - крышка; 5 - секция реактора; 6 - мешалка; 7 - вал; 8 - предохранительные трубы; 9 - переливные трубы; 10, 13 - штуцера для подвода и отвода теплоносителя; 11 - рубашка секции; 14 - штуцер для выгрузки продукта; 15 - штуцер загрузки

Подобный каскад реакторов является нормализованным аппаратом, который признан как один из высокоэффективных аппаратов еще в СССР. В отличие от каскада реакторов с мешалками в виде отдельных аппаратов подобный каскад занимает значительно меньше производственной площади, не требует насосов для перекачки реагентов из реактора в реактор и позволяет поддерживать постоянный уровень реагирующей смеси за счет наличия не только переточных труб 9, но и полых внутренних патрубков 8, через которые переливается избыток реагентов и производится отвод газа, образующегося в процессе реакции. Отсутствие длинных труб, соединяющих горизонтально расположенные реакторы, позволяют легко поддерживать заданную температуру реакции, изменение которой на 2-3⁰С иногда очень сильно влияет на выход целевого продукта.

Реактор работает следующим образом. Исходные реагенты подают в верхнюю ступень колонны снизу секции аппарата в штуцер 15 (в случае, когда продукты реакции имеют меньшую плотность и перетекают по переточным трубам, которые приварены вверху каждой ступени). В каждой ступени реактора имеются якорные мешалки 6, которые приводятся во вращение от одного вала 7 и одного мотора-редуктора, установленного на верхней крышке аппарата.

Наличие на каждой ступени рубашки 11 позволяет поддерживать заданную температуру реакции, когда в верхнюю секцию (в реакторе полимеризации - получение полистирола) подается пар и устанавливается оптимальная температура, а в нижние секции подается хладоагент для снятия избыточной теплоты, выделяющейся в процессе полимеризации. Продукты реакции выводятся из нижней секции реактора в штуцер 14.

1.5 Реакторы идеального вытеснения со струйными смесителями

Как уже ранее отмечалось, в системе жидкость-жидкость для перемешивания реагентов используются не только вращающиеся мешалки различного конструктивного оформления, но также и гидродинамические, струйные, статические смесители.

Например, в качестве смесителя часто используют струйный инжекционный смеситель, представленный на рис. 2.4. Один из реагентов (А) подают в штуцер-сопло 1, который инжектирует второй реагент (Б), входящий через штуцер 2. Реагенты за счет высоких скоростей течения интенсивно перемешиваются в камере смешения 4 и в штуцер 4 (В) выводятся либо в реактор змеевикового типа, либо в аппарат типа «труба в трубе» для осуществления полноты превращения и поддержания заданной оптимальной температуры.

Размещено на Allbest.ru

...