Реактор синтеза гидроксиламинсульфата

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Агеев Вячеслав Васильевич Радевич Александр Михайлович Иванов Геннадий Борисович Шибутович Мечислав Иванович Обухов Виктор Николаевич Лакомкин Александр Андреевич Скуба Чеслав Иванович Запатрин Павел Серафимович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) Реактор синтеза гидроксиламинсульфата, содержащий закрытый вертикальный корпус со слоем реакционной жидкости с размещенным внутри приводным валом и закрепленным на нем лопастным перемешивающим устройством и диспергатором в виде шнека, газораспределительное устройство, теплообменник отвода реакционного тепла,отличающийся тем, что на приводном валу жестко установлен осевой вытеснитель реакционной жидкости, выполненный в виде шнека, с направлением, противоположным направлению диспергатора, и размещен между лопастным перемешивающим устройством и диспергатором.(56) 1. А.с. СССР 1813559, МПК В 01 10/00, 1993. 2. Патент РБ на полезную модель 4661. 56782009.10.30 Полезная модель и изобретение относятся к аппаратам для проведения гетерогенных тепло- массообменных процессов с подводом внешней механической энергии и могут применяться в химической промышленности, например, при осуществлении процесса реакционного синтеза гидроксиламинсульфата в производстве капролактама. Известен реактор синтеза гидроксиламинсульфата, содержащий закрытый вертикальный корпус со слоем реакционной жидкости с размещенным внутри приводным валом и закрепленным на нем лопастным перемешивающим устройством, газораспределительное устройство, теплообменник отвода реакционного тепла 1. К основным недостаткам известного устройства относятся потери сырья с газовой фазой, выходящей из реактора. В основном это обусловлено за счет отсутствия поверхности контакта фаз в зоне над слоем реакционной жидкости, что также свидетельствует о нерациональном использовании рабочего объема реактора. Прототипом полезной модели выбран реактор синтеза гидроксиламинсульфата, содержащий закрытый вертикальный корпус со слоем реакционной жидкости с размещенным внутри приводным валом и закрепленным на нем лопастным перемешивающим устройством и диспергатором в виде шнека, газораспределительное устройство, теплообменник отвода реакционного тепла 2. К основным недостаткам прототипа относятся потери сырья с газовой фазой, выходящей из реактора. Основной причиной этого является частичный проход газового сырья в околоосевой зоне реактора. Реакционное взаимодействие почти отсутствует из-за низкой интенсивности перемешивания в этой зоне. При этом имеет место малое время пребывания газового сырья в этой зоне по следующей причине. Газовое сырье проходит из газораспределительного устройства в околоосевую зону реактора мимо турбулентного ядра потока реакционной смеси, образуемого лопастным перемешивающим устройством. Такое движение не сопровождается эффектом дробления газа, поэтому газ быстро всплывает в околоосевой зоне в виде крупных пузырей, что и снижает время его пребывания в реакторе. Задача, на решение которой направлена полезная модель, - снижение потерь газового сырья и увеличение производительности реактора. Поставленная задача решается в реакторе синтеза гидроксиламинсульфата, содержащем закрытый вертикальный корпус со слоем реакционной жидкости с размещенным внутри приводным валом и закрепленным на нем лопастным перемешивающим устройством и диспергатором в виде шнека, газораспределительное устройство, теплообменник отвода реакционного тепла, в котором, согласно полезной модели, на приводном валу жестко установлен осевой вытеснитель реакционной жидкости, выполненный в виде шнека,с направлением, противоположным направлению диспергатора, и размещен между лопастным перемешивающим устройством и диспергатором. Существенность отличий полезной модели заключается в том, что осевой вытеснитель создает в околоосевой зоне дополнительное направленное вниз движение реакционной жидкости. Это создает два гидродинамических эффекта. Во-первых, предотвращается проход газового сырья вверх через околоосевую зону, и теперь оно проходит только через зону интенсивного перемешивания, создаваемого лопастным перемешивающим устройством, что обеспечивает решение поставленной задачи. Во-вторых, в слое реакционной жидкости создаются несколько контуров с повышенной интенсивностью циркуляции реакционной жидкости вместо одного циркуляционного контура в прототипе. Это снижает сопротивление массопередаче в жидкой фазе и обеспечивает интенсификацию синтеза гидроксиламинсульфата. Сущность полезной модели поясняется чертежом общего вида реактора, фронтальный разрез. Реактор синтеза гидроксиламинсульфата содержит закрытый вертикальный корпус 1 со слоем реакционной жидкости, содержащей твердую фазу в виде катализатора платина на графите, с размещенным внутри приводным валом 2 и закрепленным на нем лопастным перемешивающим устройством 3, диспергатором в виде шнека 4, частично погруженным в ре 2 56782009.10.30 акционную жидкость. Осевой вытеснитель 5 выполнен в виде шнека с направлением, противоположным диспергатору 4, и размещен на приводном валу 2 по высоте между лопастным перемешивающим устройством 3 и диспергатором 4. Газораспределительное устройство 6 выполнено в виде перфорированной кольцевой трубы и размещено под лопастным перемешивающим устройством 3. Теплообменник отвода реакционного тепла 7 выполнен в виде змеевика и размещен в слое реакционной жидкости на периферии корпуса 1. Реактор синтеза гидроксиламинсульфата работает следующим образом. Водный раствор гидроксиламинсульфата, содержащий серную кислоту и мелкодисперсный катализатор платина на графите, поступает в реактор синтеза и распределяется вращающимся турбулентным потоком по объему реакционной жидкости. Газовое сырье (смесь водорода и окиси азота) подается в реактор через газораспределительное устройство 6 в нижнее перемешивающее устройство 3, где происходит дробление газа динамическим потоком реакционной жидкости, создаваемым нижним перемешивающим устройством 3. Процесс дробления газа сопровождается увеличением поверхности контакта фаз с образованием газожидкостной эмульсии, которая затем распределяется в гидродинамическом потоке,создаваемом перемешивающим устройством 3, и совершает подъемное вращательное движение, натекает на теплообменник 7. При этом отводится реакционное тепло, что обеспечивает температурные условия процесса синтеза гидроксиламинсульфата. Осевой вытеснитель 5 при вращении вала 2 создает в околоосевой зоне дополнительное направленное вниз движение реакционной жидкости, которое предотвращает проход газового сырья вверх через околоосевую зону. Газовое сырье проходит только через зону интенсивного перемешивания, создаваемого лопастным перемешивающим устройством 3, что обеспечивает более полное превращение сырья и позволяет повысить производительность реактора. Диспергатор 4 при вращении вала 2 создает подъемное движение реакционной жидкости с последующим ее радиальным разбрызгиванием над поверхностью раздела фаз за счет центробежных сил. Так направление вращения осевого вытеснителя 5 противоположно направлению диспергатора 4, это создает два контура повышенной интенсивности циркуляции реакционной жидкости основной контур локализован в пространстве между лопастным перемешивающим устройством 3, теплообменником 7 и осевым вытеснителем 5, дополнительный контур локализован в пространстве между теплообменником 7, диспергатором 4 и поверхностью раздела фаз. Наличие дополнительного контура циркуляции реакционной жидкости в условиях постоянства ее объема обеспечивает увеличение интенсивности циркуляции основного контура, что снижает сопротивление массопередаче в жидкой фазе, повышает степень превращения реагентов в целевой продукт и обеспечивает возможность увеличения производительности реактора. Газовая фаза, не вступившая в реакцию синтеза, достигает поверхности раздела фаз и выходит в пространство над слоем реакционной жидкости с образованием слоя пены. Поднимаясь по высоте слоя пены, газовая фаза контактирует со слоем реакционной жидкости на системе радиально летящих капель, создаваемой диспергатором 4. Это образует дополнительную поверхность контакта фаз. На поверхности капель реакционной жидкости происходит процесс абсорбционного улавливания реагентов из газовой фазы, что снижает их содержание в газовой фазе и повышает степень использования сырья. При этом капли реакционной жидкости механически воздействуют на верхний слой пены и разрушают ее, что создает возможность для увеличения производительности реактора синтеза без изменения габаритов реактора. После прохождения системы радиальных капель реакционной жидкости газовая фаза выходит из реактора. Полученный продукт выходит из реактора и поступает в следующий по ходу реактор синтеза гидроксиламинсульфата, где технологический процесс повторяется. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3