Реактор смешения

Реактор смешения

Реферат

Изобретение относится к реакторам смешения и может найти применение в химической, нефтехимической, микробиологической, биохимической и других отраслях промышленности при проведении гидромеханических, массообменных и реакционных процессов, особенно с высоковязкими жидкостями.

Известен ленточный шнековый смеситель непрерывного действия, включающий цилиндрический корпус, привод, загрузочное отверстие, смещенное в сторону привода, и узел выгрузки, находящийся на противоположном конце корпуса, и ленточный шнековый рабочий орган (Х.Герман. Шнековые машины в технологии. - Л.: Химия, 1975, с.71-72).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится обратное перемешивание, что приводит к неравномерности времени пребывания частиц реакционной массы в смесителе и снижению степени ее конверсии.

Известен реактор смешения, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, расположенный по оси корпуса, приводной вал, на котором закреплен шнек, комбинированный с якорной мешалкой, вал которой снабжен опорным элементом, внутренний теплообменник, установленный коаксильно шнеку, теплообменную рубашку и патрубки ввода и вывода теплоносителей, исходных реагентов и реакционной массы, большой и малый отбойники (патент России №2031704, B01J 19/18, 1991).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится большой разброс по времени пребывания частиц реакционной массы из-за ее хорошего продольного перемешивания шнеком и якорной мешалкой и слабого радиального перемешивания, что приводит к снижению степени конверсии реакционной массы и недостаточной теплопередачи от нее к теплоносителям.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту и выбранному за прототип является реактор смешения, содержащий цилиндрический корпус, расположенный на оси корпуса приводной вал, на котором закреплен шнек, теплообменную рубашку, патрубки входа и выхода теплоносителя, исходных реагентов и реакционной массы. Реактор снабжен узлами радиального смешения, установленными в шахматном порядке, каждый из которых выполнен в виде пластин, имеющих форму винтовой поверхности и установленной осесимметрично с возможностью свободного вращения на оси, жестко закрепленной в средней части высоты гребней шнека (патент России №2168351, МКИ B01F 7/08, B01J 19/18, 2001).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится слабый радиальный поток при смешении высоковязких масс, что приводит к снижению степени конверсии реакционной массы. Кроме того, вращение пластин, имеющих форму винтовой поверхности в сторону, противоположную вращению приводного вала, уменьшает скорость осевого смешения и осевого напора реакционной массы и увеличивает обратный поток реакционной массы у стенки корпуса, что также снижает эффективность массообменных реакторных процессов.

Задачей предлагаемого технического решения является увеличение радиально-осевого смешения высоковязкой реакционной массы, что уменьшает ее обратный поток за счет возрастания напора осевого потока у стенок корпуса.

Техническим результатом является возрастание степени конверсии реакционной массы за счет ее принудительного радиально-осевого смешения.

Поставленный технический результат достигается тем, что реактор смешения, содержащий цилиндрический корпус, расположенный по оси корпуса приводной вал, на котором закреплен шнек, теплообменную рубашку, патрубки входа и выхода теплоносителя, исходных реагентов и реакционной массы, причем реактор снабжен узлом принудительного радиально-осевого смешения, выполненного в виде набора пластин, жестко закрепленных на валах, установленных в средней части высоты гребней шнека параллельно приводному валу и имеющих возможность вращения посредством зубчатых колес, расположенных на одном из их концов, находящихся в зацеплении с шестерней, неподвижно закрепленной на стенке корпуса осесимметрично с приводным валом.

Снабжение реактора узлом принудительного радиально-осевого смешения позволяет дополнительно перемешивать как в радиальном, так и в осевом направлениях, обратный поток реакционной массы, движущийся у стенки корпуса против основного ее потока, особенно при переработке высоковязких реакционных масс, что увеличивает степень конверсии.

Выполнение узла принудительного радиально-осевого смешения в виде набора пластин позволяет реакционную массу обратного потока у стенки корпуса возвращать в основной поток, перемещаемый шнеком от входного патрубка исходных реагентов к выходному патрубку реакционной массы, что уменьшает разброс частиц реакционной массы по времени пребывания, увеличивает турбулизацию потока, скорость теплопередачи от реакционной массы к хладагенту, выравнивает температуру и предотвращает термическую деструкцию.

Жесткое закрепление набора пластин на валах, установленных в средней части высоты гребней шнека параллельно приводному валу и имеющих возможность вращения посредством зубчатых колес, расположенных на одной из их концов, находящихся в зацеплении с шестерней, неподвижно закрепленной на стенке корпуса осесимметрично с приводным валом, позволяет принудительно перемешивать в радиальном и осевом направлении весь объем исходных веществ и реакционной массы, находящихся между витками, особенно высоковязких жидкостей, так как помимо осевого принудительного движения, создаваемого лопастями шнека, вращающиеся в том же направлении валы с набором пластин, заставляют лопатками пластин вращаться и перемещаться дополнительно в осевом направлении реакционную массу, находящуюся у стенки корпуса, в том числе движущуюся как обратный поток против основного потока реакционной массы. Это дополнительно увеличивает осевой напор реакционной массы, уменьшает разброс частиц по времени пребывания, интенсифицирует за счет перемешивания массообменные и тепловые процессы, увеличивает степень конверсии и уменьшает вероятность термической деструкции особенно высоковязких исходных реагентов и реакционной массы.

Общий вид предлагаемой конструкции реактора смешения представлен на чертеже. Он состоит из цилиндрического корпуса 1 и расположенного по его оси приводного вала 2. На приводном валу 2 закреплен шнек 3. Снаружи цилиндрический корпус 1 охватывает теплообменная рубашка 4 с патрубками входа 5 и выхода 6 теплоносителя. Цилиндрический корпус 1 имеет патрубки для подвода 7 исходных реагентов и отвода 8 реакционной массы. Между гребнями шнека 3 на валах 9 жестко закреплены пластины 10, образующие с зубчатыми колесами 11, находящимися в зацеплении с шестерней 12, неподвижно закрепленной на стенке корпуса 1 осесимметрично с приводным валом 2, узел принудительного радиально-осевого смешения. Снабжение реактора узлом принудительного радиально-осевого смешения позволяет дополнительно перемешивать как в радиальном, так и в осевом направлениях, обратный поток реакционной массы, движущийся у стенки корпуса против основного ее потока, особенно при переработке высоковязких реакционных масс, что увеличивает степень конверсии. Пластины 10 могут быть выполнены в виде лопаток лопастной или открытой турбинной мешалки. Валы 9 установлены в средней части высоты гребней шнека 3 для равномерного перемешивания всей реакционной массы, находящейся между гребнями шнека 3 от стенки корпуса 1 к валу 2. Зубчатые колеса 11 каждого вала 9 находятся на одном из их концов с той же стороны корпуса 1, где осесимметрично с приводным валом 2 неподвижно закреплена на стенке корпуса 1 шестерня 12.

Предлагаемый реактор смешения работает следующим образом. Привод приводит во вращение приводной вал 2 с угловой скоростью ω, который с той же угловой скоростью передает вращение шнеку 3. Вместе со шнеком 3 во вращательном движении с той же угловой скоростью участвуют валы 9. Установленные на концах валов 9 зубчатые колеса 11, находящиеся в зацеплении с неподвижной шестерней 12, заставляют вращаться валы 9 с жестко закрепленными на них пластинами 10 в том же направлении, что и приводной вал 2, но уже с угловой скоростью ω₁, зависящей от соотношения числа зубьев на зубчатых колесах 11 и шестерни 12.

Исходные реагенты подают в корпус 1 по патрубку 7, а реакционную массу с продуктами реакции выводят по патрубку 8. Хладагент подают в рубашку 4 по патрубку 5, а выводят - по патрубку 6. Гребни шнека 3, вращаясь с угловой скоростью ω, заставляют вращаться и перемещаться реакционную массу от патрубка 7 к патрубку 8, образуя при этом обратный поток вблизи стенки цилиндрического корпуса 1. Однако пластины 10, выполненные в виде лопаток лопастной мешалки или открытой турбины и жестко закрепленные на валах 9, вращаясь с угловой скоростью ω₁ в том же направлении, что и приводной вал 2, подхватывают частицы реакционной массы обратного потока у стенки цилиндрического корпуса 1, дополнительно их перемешивают в радиальном направлении и создают осевое перемешивание в направлении основного потока реакционной массы.

То есть узел принудительного радиально-осевого смешения позволяет уменьшить отрицательное воздействие обратного потока в шнековых реакторах смешения за счет перемещения при вращении частиц реакционной массы этого потока от стенки цилиндрического корпуса 1 в основной поток реакционной массы, создать дополнительный осевой поток в направлении, совпадающем с основным потоком реакционной массы, облегчить работу шнека, особенно при переработке высоковязких реакционных масс, увеличить скорость тепло- и массопередачи за счет интенсивного перемешивания в радиальном и осевом направлениях, уменьшить разброс частиц реакционной массы по времени пребывания, предотвратить термическую деструкцию продуктов реакции за счет выравнивания температуры по радиусу и длине реактора смешения и в конечном счете увеличить степень конверсии и качество продуктов реакции.

Реактор смешения, содержащий цилиндрический корпус, расположенный по оси корпуса приводной вал, на котором закреплен шнек, теплообменную рубашку, патрубки входа и выхода теплоносителя, исходных реагентов и реакционной массы, отличающийся тем, что реактор снабжен узлом принудительного радиально-осевого смешения, выполненным в виде набора пластин, жестко закрепленных на валах, установленных в средней части высоты гребней шнека параллельно приводному валу и имеющих возможность вращения посредством зубчатых колес, расположенных на одном из их концов, находящихся в зацеплении с шестерней, неподвижно закрепленной на стенке корпуса осесимметрично с приводным валом.