Аппарат с кипящим слоем для прямого синтеза органохлорсиланов

Аппарат с кипящим слоем для прямого синтеза органохлорсиланов

Реферат

 

Изобретение относится к оборудованию для синтеза органохлорсиланов и позволяет повысить производительность процесса. Аппарат с кипящим слоем для прямого синтеза органохлорсиланов содержит внутренний трубчатый теплообменник, трубы которого выполнены в виде петель, установлены наклонно с образованием гиперболоида вращения, при этом корпус аппарата разделен на секции, соединенные между собой через диффузор и конфузор с соотношением длин 1:1 - 3, 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к оборудованию для синтеза органохлорсиланов и может быть использовано в других отраслях химической промышленности, где химические превращения происходят в кипящем слое. Цель изобретения повышение производительности процесса. Предложенный реактор характеризуется производительностью, обеспечивает повышение селективности процесса путем повышения движущей силы реакции, создания более предпочтительных условий для осуществления тепло-массообменных процессов. На фиг. 1 представлен общий вид аппарата для прямого синтеза органохлорсиланов; на фиг. 2 общий вид аппарата (вариант), каждая из секций которого снабжена теплообменником. Аппарат прямого синтеза органохлорсиланов (фиг. 1) содержит цилиндрический корпус 1, разделенный на секции 2 и 3, соединенные через конфузор 4 и диффузор 5. Внутри цилиндрического корпуса аппарата установлен теплообменник 6, трубы которого выполнены в форме петли и наклонены относительно вертикальной оси так, что все вместе образуют однополостной гиперболоид вращения (на чертеже условно изображены только две трубчатые петли). В горловине 7 гиперболоида вращения размещен вспомогательный газораспределитель 8 в виде полусферического стакана, причем горловина вращения и вспомогательный газораспределитель в корпусе размещены в плоскости соединения конфузора 4 и диффузора 5. Пучок труб теплообменника снабжен выносными коллекторами: ввода теплоносителя в трубное пространство 9 и вывода его из трубного пространства 10. В нижней части корпуса аппарата установлены газораспределительная решетка 11 и патрубок 12 для подвода под газораспределитель паров хлористого алкила. При размещении теплообменников 13 и 14 (фиг. 2) в секциях аппарата каждый теплообменник может быть снабжен коллекторами ввода теплоносителя 15 и вывода его 16 из трубного пространства. При этом наклон труб теплообменников увеличивается, что дает возможность увеличить коэффициент теплоотдачи от кипящего слоя к поверхностям труб теплообменника. Аппарат с кипящим слоем работает следующим образом. Расчетное количество смеси порошков кремния, меди и промоторов загружают в аппарат для прямого синтеза органохлорсиланов. В нижнюю его часть через патрубок 12 под давлением подают пары хлористых алкилов. В активной зоне, образовавшейся над газораспределителем 11, сражу же начинается экзотермическая реакция синтеза с выделением большого количества тепла. Поскольку каждый из продуктов реакции образуется при различных температурах, в зависимости от необходимости получить тот или иной продукт реакции поддерживают определенный температурный режим. Возможность регулирования температуры реакции в узких пределах достигается при эффективном теплосъеме через рубашку корпуса 1 и трубных пучков теплообменников 6, 13 и 14 и обусловливает более высокую степень селективности процесса, чем в прототипе. Двигаясь дальше вверх, потоки паров хлоралкила и продуктов реакции встречаются с газофазным пограничным слоем у стенок конфузора 4 и наклонных труб первой секции 2 под более острым углом, чем при вертикальной стенке, что способствует разрушению пограничного газофазного слоя и увеличению коэффициента теплоотдачи от кипящего слоя к стенкам. С другой стороны из-за сужения корпуса аппарата у конфузора 4 частицы контактной массы несколько уплотняются и внедряются в пограничный газофазный слой с энергией, превышающей ее на цилиндрических участках, благодаря чему в более глубоко разрушенном слое в теплообмене участвует и большее количество частиц, что безусловно резко повышает коэффициент теплоотдачи. Здесь происходит как бы локальное торможение. А при локальном торможении частиц контактной массы поверхностью теплообмена коэффициент теплоотдачи увеличивается на 1 20% С подходом фронта потока участвующих в реакции фаз и продуктов реакции к горловине диффузора 5, площадь сечения которой меньше площади сечения цилиндрической части аппарата без учета площади сечения труб теплообменного устройства, скорость потока фаз увеличивается, а давление несколько падает, благодаря чему ускоряется выход продуктов реакции из активной зоны во вторую секцию 3. Пузырьки газофазных компонентов (хлоралкил, продукты реакции) устремляются к центру аппарата, происходит их коалесценция в районе сужения корпуса, где расположен вспомогательный газораспределитель и перераспределяются вновь равномерно по сечению уже второй секции 3, снижается кратность циркуляций продуктов реакций в зоне решетки (активная зона), освобождая зону реакции для контакта вновь поступающих реагирующих фаз, растет движущая сила, а в целом производительность процесса и аппарата. Во второй секции 3 реактора происходит завершение последовательности реакцией синтеза, которые не были закончены в первой секции 2 и конверсия хлоралкила, проскочившего через зону первой секции, повышается. Это также ведет к прямому повышению производительности. Количество секций может быть увеличено в зависимости от высоты слоя, что кроме всего прочего улучшает гомогенность слоя по всей его высоте. При снабжении секций 2 и 3 аппарата отдельными теплообменными устройствами 13 и 14 появляется возможность улучшить равномерность температурного поля по всей высоте слоя контактной массы или же организовать различные температурные режимы в секциях аппарата и даже отключить верхнее теплообменное устройство 13 при малых загрузках контактной массы. Опыты, проведенные на модельных установках, показали, что аппарат обеспечивает наиболее высокую эффективность при соотношении длин конфузора и диффузора 1:1 3. Кроме того, установлено, что оптимальным является соотношение диаметра корпуса и диаметра стыка конфузора с диффузором, равное 1:0,5 0,8. В опытах использовали кремний фракционного состава 0250 и 0140. Другие сорта кремния давали аналогичные результаты. Таким образом, данное решение позволяет в значительной степени повысить производительность, селективность процесса получения органохлорсиланов, новая конструкция не вызывает по сравнению с прототипом затруднений в эксплуатации, условия ремонта улучшены, повышены ресурс работы аппарата и время его межремонтной работы.

Формула изобретения

Аппарат с кипящим слоем для прямого синтеза органохлорсиланов, содержащий снабженный внешним обогревом цилиндрический корпус, газораспределительную решетку, патрубки для подачи, отвода реагентов и продуктов реакции, трубчатый теплообменник, трубы которого выполнены в форме петли и установлены наклонно с образованием гиперболоида вращения, в горловине которого установлен вспомогательный газораспределитель в виде полусферического стакана, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса, цилиндрический корпус разделен на секции, соединенные между собой через конфузор и диффузор с отношением длин конфузора и диффузора 1:(1 3). 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что теплообменник установлен в корпусе с расположением горловины вспомогательного газораспределителя теплообменника в плоскости соединения конфузора и диффузора. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что теплообменник с вспомогательным газораспределителем установлен в каждой из секций.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2