Устройство для проведения экзотермических реакций,преимущественно полимеризации в суспензии,эмульсии,растворе или в блоке - SU1045907A1

Изобретение относится к оборудова нию для проведения экзотермических реакций, особенно полимеризации в суспензии, эмульсии, растворе или Б блоке, как правило сопровождающихся выделением реакционного тепла. Реакции полимеризации, например суспензионная полимеризация винилхло рида, осуществляются при давлении 0,8-1,2 МПа и 40-80°С (в зависимости от требуемого типа и характера полиме1за ) в реакторах высокого давления с охлаждаемым корпусом или же с рубапжой . Рубашка, через которую проте кает технологическая охлаждающая вода , используется для отвода избыточного тепла полимеризации, Однако эффективность охлаждения с помощью рубашки зависит от геометрических размеров реактора, особенно от соотноше ния его диаметра и высоты. Отвод теп ла реакции с помощью рубашки возможе у аппаратов объемом до 15-20 м , Постоянно возрастающая потребность в полимерах типа суспензионного ПВХ, эмульсионного ПВХ, каучука и т.п. (так называемых полимеров массового спроса) , вместе с экономическими со- ображениями приводит к необходимости постоянного увеличения объема реакто ров полимеризации, В настоящее время эксплуатируются реакторы объемом до 200 м. При постоянном увеличении габаритов реакторов указанный параметр должен ВЫЙТИ за пределы эффективности приь№нения холодильной рубашки . Отвод тепла через корпус реактора сам по себе лимитирован и гидродинамическими условиями внутри реактора, т,е, режимом перемеиивания, толщиной плакированной стенки реактора и коэф фициентом теплопередачи в рубашке, Ограничивакщим фактором является также температ грный перепад охлаждгио щеп воды, который часто бывает лимитировав возможностями эффективного . охлаждения воды и наличием холодильного оборудования. Кроме того, технологии полимеризации винилхлорида и других мономеров в настоящее время основаны на применении сочетаний инициаторов реакции, которые позволяют существенно сократить цикл полимеризации, За счет этого интенсифицируется выделение реакционного тепла и возрастают требования к его отводу или же к размерам поверхностей теплообмена, В реакторах, нового типа с большим объемом указанная проблема решается отводом реакционного тепла не только через стенку аппарата, но и путем конденсации кипящего мономера в об- ратном холодильнике. Указанный принцип хорошо известен и находит применение в производственном масштабе. Выделение реакционного тепла неравномерно , оно имеет максимум в определенной фазе процесса, когда охлаждение в значительной степени ocyjaecTвляется посредством испарения и конденсации паров мономера в обратном холодильнике, Однако опыт производственной эксплуатации крупнообъемных реакторов, оборудованных обратным холодильником, показывает, что при применении обратных холодильников возникают новые проблемы, особенно в области отложений полимера внутри холодильника за счет выноса пены реагирующих компонентов , улетучивания инициатора и последующей полимеризации. В результате забивания холодильника полимером не только понижается эффективность отвода тепла с последующим влиянием на качество продукта, но и возникают трудности с очисткой холодильника. Таким образом, идеальным кажется состояние , когда весь объем реактора можно охладить без применения обратного холодильника. Однако это нереально при современных требованиях к производительности реактора порядка нескольких сот тонн/м /год. Поэтому большое внимание уделяется оптимиза,ции отвода тепла из реактора с большим объемом, особенно в части улучше ния теплопередачи через стенку реактора . . существенным прогрессом в этом направлении является устройство для проведения экзотермических реакций, особенно полимеризаций в эмульсии, суспензии, растворе или в блоке согласно изобретению. Это оборудование состоит из цилиндрического сосуда с холодильной рубашкой, перемешиваюашм устройством, и, по мере потребности, с обратным холодильником. Рубашка реактора образована полутрубой, винтообразно навитой по внутреннему кожуху реактора и приваренной к нему Устройство отличается тем, что навив ка рубашки выполнена многозаходной, преимущественно двухзаходной или с четным чкслом заходов. Полутрубы нечетных нитей навивки приварены к внешней поверхности кожуха реактора, а полутрубы четных нитей навивки при варены к стенкам полутруб нечетных нитей. Проходные сечения полутруб всех нитей навивки так же, как и всех нитей навивки соответственно равны меж ду . Нити навивки могут быть соединены с источником одного или нескольких хлад- .или теплоагентов последователь но или параллельна. Одна :или несколько нитей навивки могут быть помимо указанного разделе ны на несколько секций с самостоятельным подводом и отводом хладоаген та, причем эти секции соединены или последовательно или параллельно, или частично последовательно и частично параллельно с источником одного или нескольких хладоагентов. Таким образом , может быть получено множество конструктивных вариантов, которые позволяют в зависимости от конкретны требований эффективно управлять теп- лопередачей через стенку реактора и таким путем обеспечить оптимальные условия проведения процесса и равномерное распределение температуры по стенке реактора в осевом направлении Преимущественно таким путем осуществляется более интенсивныйотвод тепла в.зонах, где это особенно требуется , например в пространстве соприкосновения жидкой и газообразной фаз на уровне реакционной смеси, чем понижаются пенообразование и отложения в обратном холодильнике. На фиг. 1 представлено частично в продольном вертикальном разрезе и частично в виде сбоку общее исполнение полимеризационного реактора, оборудованного обратным холодильником и рубашко.й в виде полу тру бы, навитой по однозаходной винтовой линии/ на фиг,2 - участок стенки реактора с рубашкой , навивка которой выполнена двухзаходной, поперечный разрез. Полимеризационный реактор (фиг.1) состоит из цилиндрического корпуса 1 с рубашкой 2, котор ая образована полутрубой , навитой по винтовой линии. Реактор в своей нижней части оборудован пропеллерной мешалкой 3, вал ко- торой проходит через дно реактора. На боковых стенках- цилиндрического корпуса 1 реактора расположены вертикально один под другим поворотные ребра, которые используются для направления потока реакционной смеси и для разрушения центрального завихрения . В верхнейчасти реактора, по его вертикальной оси, расположен обратный холодильник 5, который непосредственно связан с гидродинамическим устройством для очистки 6. На фиг.2 детально показано исполнение кожуха 7 реактора и приваренной к нему рубашки 2, Рубашку 2 образуют полутрубы 9 и 10 с одинаковым свободным сечением, навитые в виде- д-вухходовой ВИНТОВОЙ линии. Полутруба 9 по всей длине приварена к кожуху 7 реактора , причем полутруба 10 второго хода приварена.к боковым поверхностям полутрубы 9 в положении, перекрывающем зазоры между витками навивки полутрубы 9. Внутренняя стенка реактора снабжена плакировкой 8- из нержавеющего материала. Применение полутруб, навитых в одно- и несколькозаходные винтовые линии для образования рубашки,обеспечивает следующие преимущества: навитая по винтовой линии полутруба позволяет понизить толщину стенки реактора , так как нагрузка воспринимает ся как стенкой цилиндрической части корпуса, так и навитой полутрубой рубашки, что ведет к экономии материала и общему снижению массы реактора , включая обратный холодильник, в результате уменьшения .толщины стенки реактора коэффициент теплопередачи возрастает до 10%, что позволяет уменьшить высоту обратного холодильника и повысить теплонапряженность на единицу поверхности; приваренная по винтовой линии по.лутруба одновременно является оребрением цилиндрической части реактора, что также улучшает теплопередачу, таким образе , применение рубашки из полутрубы, приваренной к корпуау реактора, в максимёшьной степени позволяет увеличить коэффициент теплопередачи в охлаж- . денном контуре. Кроме того, для достижения оптимальной линейной скорости охлаждакяцей воды в полутрубной

рубашке Hfi нужен такой большой объем охлаждающей воды, как в случае тра- диционной рубашки. Максимальное использование холодильного эффекта полутрубной рубашки позволяет также понизить забивание обратного холодильника и связанные с этим ослож . нения.

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомством по изобретательству Чехословацкой Социалистической Республики,