PL103732B1 - Reaktor do prowadzenia reakcji chemicznych - Google Patents

Description

*** Twórcy wynalazku: Shigeru Inoue, Tetsuo Kimura, Toshinori Takae, Norio Tsuji, ToshikiKato, Eiji Otsuka Uprawiony z patentu: Mitsui Toatsu Chemicals Incorporated 2-5, Kusumigaseki 3-chome, Chiyoda-ku, Tokio (Japonia) Reaktor do prowadzenia reakcji chemicznych Przedmiotem wynalazku jest reaktor do prowadzenia reakcji chemicznych.Reaktor wedlug wynalazku ma zastosowanie na przyklad przy wytwarzaniu alkoholu izopropylowego z propylenu i kwasu siarkowego i przy wytwarzaniu kwasu solnego z chlorowodoru i wody, oraz przy syntezie mocznika.Znany jest na przyklad z polskiego opisli patentowego nr 84186 reaktor do syntezy mocznika, zawierajacy wewnetrzny czlon cylindryczny, który z plaszczem reaktora tworzy pierscieniowa szczeline oraz majacy wlot doprowadzajacy czynnik niekorodujacy do przestrzeni szczelinowej.W znanych reaktorach jednym z najwiekszych problemów jest wystepowanie miejscowej korozji. I chociaz proponowano caly szereg rozwiazan dla unikniecia tego problemu, takich jak na przyklad dobór specjalnych, odpornych na korozje materialów i pasywowanie ich tlenem wewnatrz reaktora, nie uzyskano zadawalajacych wyników dla reaktorów z wbudowanym wewnatrz wymiennikiem ciepla, stosowanym zazwyczaj dla odzyskiwania ciepla reakcji.Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji reaktora do prowadzenia procesów chemicznych w warunkach wymiany ciepla, w którym nie wystepuje zjawisko zwiekszonej korozji w czasie pracy reaktora. Cel wynalazku zostal osiagniety przez to, ze reaktor zawiera wymiennik ciepla typu plaszczowo-rurkowego z komora posiadajaca glowice wlotowa dla doprowadzania plynnych reagentów, przy czym wlot doprowadzajacy reagent niekorodujacy do przestrzeni szczelinowej stanowia rozgalezienia, oraz przegrode usytuowana poprzecznie w stosunku do osi wymiennika ciepla, majaca wiele otworów, w których zamocowane sa rurki zewnetrzne, a czlon wewnetrzny ma rurki wewnetrzne usytuowane wewnatrz rurek zewnetrznych, przy* czym reagenty korodujace plyna wewnatrz czlonu i nastepnie przez rurki wewnetrzne, podczas gdy reagent niekorodujacy plynie przez przestrzen szczelinowa i rurki zewnetrzne wokól korodujacych reagentów.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia górna czesc wymiennika ciepla reaktora z czlonem wewnetrznym w przekroju, fig. 2-fragment2 103 732 wymiennika ciepla z fig. 1 w przekroju, fig. 3 — fragment innego rozwiazania wymiennika ciepla w przekroju, a fig. 4 - fragment jeszcze innego rozwiazania wymiennika ciepla w przekroju.Na figurze 1 pokazano w przekroju górna czesc wymiennika ciepla reaktora, stosowanego przy syntezie mocznika. Wymiennik ciepla jest skonstruowany tak, ze przed wprowadzeniem do strefy reakcji, ciekly amoniak, dwutlenek wegla i wodny roztwór karbaminianu amonu (w warunkach cisnienia syntezy mc cznika) przechodza wewnatrz rurek wielorurkowego wymiennika ciepla w których cieplo wydzielone w czasie reakcji tworzenia sie karbaminianu amonu z dwutlenkiem wegla i amoniaku jest odzyskiwane w plaszczu zewnetrznym wymiennika ciepla.Ciekly amoniak doprowadzany jest przewodem 1, dwutlenek wegla przewodem 2, a wodny roztwór karbaminianu amonu przewodem 3. Substancje te lacza sie razem w glowicy wlotowej 4 dla wprowadzania plynnej mieszaniny I do komory 5. Po zmieszaniu, dwutlenek wegla nie calkowicie przechodzi w ciekly karbaminian, ale porostaje znaczna ilosc gazowego dwutlenku wegla, lacznie z nadmhrem amoniaku. Utworzona ga^pwo-tiekla^miesmnina powoduje korozje przegrody 7, zwlaszcza wtedy, gdy rurki 9 wymiennika ciepla ^n?^e^4i$JL^igroda 7 za pomoca spawania. Przewód 1 ma rozgalezienia 6, którymi do komory 5 doprowadza sie ciekly amoniak, w celu regulowania aktywnosci korozji. Pozioma przegroda 7 rozciaga sie w poprzek calej komory 5 i ogranicza jej objetosc. Wewnetrzny czlon 8 wykonany z materialu odpornego na korozje, takiego jak stal chromowo-niklowa (na przyklad o zawartosci 18% Cr, 8% Ni) jest wprowadzony i zamocowany w komorze 5, za pomoca odpowiedniego polaczenia, na przyklad gwintowego lub podobnego.Wewnetrzny czlon 8 ma w swej górnej czesci otwór dla wprowadzania do niego amoniaku, dwutlenku wegla i roztworu karbaminianu amonu. Ciekly amoniak przeplywa w dól przez przestrzen znajdujaca sie miedzy powierzchnia zewnetrzna czlonu 8 a wewnetrzna powierzchnia scian komory 5 w ilosci takiej, aby utrzymac jego nieprzerwany przeplyw. Ciekly amoniak zbiera sie na przegrodzie 7 i nastepnie splywa w dól poprzez szczeliny utworzone miedzy rurkami 9 i rurkami 11 polaczonymi z dolna powierzchnia czlonu 8 oraz rurkami 9. Gazowo ciekla mieszanina zawierajaca amoniak, dwutlenek wegla i roztwór karbaminianu amonu wyplywa z otworów znajdujacych sie u dolu rurek 11, miesza sie z przeplywajacym cieklym amoniakiem, który jest doprowadzany ponizej szczelin miedzy rurkami 9 i rurkami 11. Dlugosc na która rurki 11 wchodza do rurek 9 zostala ustalona uprzednio, aby nadac odpowiednia ochrone przed korozja komorze 5 przy jednoczesnym unikaniu strat ciepla w czasie przeplywu. Koncówki rurek 11 moga byc ewentualnie otwarte w pewnej odleglosci nad górnymi koncami rurek 9. Jak juz wspomniano uprzednio cieplo reakcji odbiera sie w wymienniku i wykorzystuje do wytwarzania pary.Figura 2 przedstawia fragment wymiennika ciepla w powiekszeniu iw przekroju, na którym pokazano zaleznosc miedzy przegroda 7 i rurkami 11, w rozwiazaniu przedstawionym na fig. 1. Rurki 9 sa polaczone do scianek otworów 10 przegrody 7 a pomoca spiony 12 tak, ze wychodza z nich w dól, a rurki 11 sa wsuniete w rurki 9. Otwarte od dolu rurki 11 moga miec ciensze scianki. Strzalki ciagle na fig. 2 wskazuja kierunek przeplywu glównych zmieszanych skladników, podczas gdy strzalki przerywane pokazuja kierunek przeplywu cieklego amoniaku, który doplywa szczelinami miedzy rurkami 9 i rurkami 11. Oba przeplywajace plyny lacza sie razem ponizej dolnego konca rurek 11.Na figurze 3 przedstawiono rozwiazanie podobne do rozwiazania z fig. 1 i 2, przy czym rurka 11 ma kolnierz 13 wspólpracujacy z otworami wykonanymi w dolnej czesc; czlonu 8 i opierajacy sie o górny koniec rurki 9 tak, ze nieco wystaje do wewnatrz czlonu 8. Rurki 9 maja otwory 14 dla przeplywu cieklego amoniaku jak to zaznaczono przerywanymi strzalkami. Torozwiazanie jest o tyle korzystne, ze komora wewnetrzna i rurki 11 moga byc wykonane niezaleznie od siebie. W innym wykonaniu rurki 11 sa polaczone z dnem czlonu 8 i jak pokazano na fig. 4 umieszczone sa ponad otworami rurek 9 tak, ze miedzy rurkami 11 i 9 tworzy sie szczelina, przez która wplywa do rurek 9 amoniak.W przedstawionym opisie oba strumienie czyli strumien mieszaniny gazowo-cieklej i strumien cieklego amoniaku skierowane sa ku dolowi, ale te dwa strumienie moga byc równiez skierowane ku górze z tym samym skutkiem. Ponadto chociaz powyzej opisano reaktor typu pionowego, reaktor moze byc równiez usytuowany w pozycji poziomej lub pochylonej. Mieszanina gazowo-ciekla, która plynie w czlonie wewnerznym 8 lub ciekly amoniak, który przeplywa miedzy komora 5 wymiennika ciepla i czlonem wewnetrznym 8 moga byc wprowadzane do rurek wymiennika ciepla w reaktorze poziomym lub pochylonym w ten sam sposób jak w reaktorze pionowym, ze wzgledu na cisnienie wywierane przez wprowadzany w sposób ciagly reagent niekorodujacy.Wymiennik ciepla reaktora wedlug wynalazku zastosowano do usuwania ciepla wytworzonego podczas reakcji, ale moze byc równiez zastosowany w innych celach. Na przyklad w przypadku syntezy mocznika, gdy nieprzereagowany karbaminian amonu rozklada sie na amoniak i dwutlenek wegla, do wymiennika ciepla od strony plaszcza wprowadza sie dwutlenek wegla jajco gaz odpedowy. W tym przypadku zamiast amoniaku stosuje sie male ilosci dwutlenku wegla.103 732 3 Z powyzszego opisu wynika, ze wynalazek dotyczy reaktorów z wbudowanym wymiennikiem ciepla w celu zapobiegania korozji wewnetrznych scian komory wymiennika, co takze w razie potrzeby ulatwia wymiane elementów. PL PL PL PL PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Reaktor do prowadzenia reakcji chemicznych, w których bierze udzial wiele plynnych reagentów, przy czym co najmniej jeden z nich jest niekorodujacy, zawierajacy komore i wewnetrzny czlon, którego zewnetrzna powierzchnia i wewnetrzna powierzchnia komory tworza szczelinowa przestrzen a w komorze znajduje sie wlot do wprowadzania reagenta niekorodujacego do tej szczeliny, znamienny tym, ze zawiera wymiennik ciepla typu plaszczowo-rurkowego, z komora (5) posiadajaca glowice wlotowa (4) dla doprowadzania plynnych reagentów, przy czym wlot doprowadzajacy reagent niekorodujacy do przestrzeni szczelinowej stanowia rozgalezienia (6), oraz przegrode (7) usytuowana poprzecznie w stosunku do osi wymiennika ciepla, majaca wiele otworów, w których zamocowane sa rurki zewnetrzne (9), a wewnetrzny czlon (8) ma rurki wewnetrzne (11) usytuowane wewnatrz rurek (9), przy czym reagenty korodujace plyna wewnatrz czlonu (8) i nastepnie przez rurki wewnetrzne (11), podczas gdy reagent niekorodujacy plynie przez przestrzen szczelinowa i rurki zewnetrzne (9) wokól reagentów korodujacych podczas ich przyplywu przez rurki (9).

2. Reaktor wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze jest usytuowany pionowo.

3. Reaktor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze czlon wewnetrzny (8) wykonany jest z materialu odpornego na korozje.

4. Reaktor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ma rurki zewnetrzne (9) wystajace ponad przegrode (7) i rurki wewnetrzne (11) rozciagajace sie w dól od czlonu (8).

5. Reaktor wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze zawiera rurki zewnetrzne (9) wystajace poza obie powierzchnie przegrody (7) oraz rurki wewnetrzne majace kolnierz (13) opierajacy sie o rurki (9).

6. Reaktor wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze rurki wewnetrzne (11) usytuowane sa nad rurkami zewnetrznymi (9) tak, ze miedzy rurkami wewnetrznymi i rurkami zewnetrznymi utworzona jest szczelina przez która wplywa do rurek zewnetrznych (9) reagent niekorodujacy. FIG. ! i l l NHj FIG.2 zirl -/rpzzczL 12^ / \v^Ji A / FIG 3 FIG.4 PL PL PL PL PL