RU2830357C1 - Реактор для получения монооксида углерода из муравьиной кислоты - Google Patents
Реактор для получения монооксида углерода из муравьиной кислоты Download PDFInfo
- Publication number
- RU2830357C1 RU2830357C1 RU2024114031A RU2024114031A RU2830357C1 RU 2830357 C1 RU2830357 C1 RU 2830357C1 RU 2024114031 A RU2024114031 A RU 2024114031A RU 2024114031 A RU2024114031 A RU 2024114031A RU 2830357 C1 RU2830357 C1 RU 2830357C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- jacket
- formic acid
- item
- packing
- Prior art date
Links
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 46
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 23
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 title claims abstract description 23
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 26
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 11
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 5
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dichloroethane Chemical compound ClCCCl WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к химическим реакторам. Изобретение касается реактора получения монооксида углерода из муравьиной кислоты, содержащего вертикальный цилиндрический закрытый с торцов корпус, заполненный насадкой в виде колец Рашига и ортофосфорной кислотой, при этом корпус выполнен составным из царг, смонтированных торцами друг к другу, каждая из царг заключена в рубашку, входные и выходные штуцеры каждой царги для подачи и отвода теплоносителя расположены тангенциально навстречу друг другу относительно потока масла в верхней и нижней точках рубашки, кольца Рашига насадки выполнены размером от 0,166 до 0,25 диаметра реактора. Технический результат - повышение степени конверсии муравьиной кислоты. 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 8 пр.
Description
Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к химическим реакторам [B01J 19/00, B01J 19/30, B01J 19/32, B01J19/0053].
Из уровня техники известен НАСАДОЧНЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ 1,2-ДИХЛОРЭТАНА [RU 2292945 C2, опубл. 10.02.2007] барботажного типа для получения 1,2-дихлорэтана методом жидкофазного хлорирования этилена с отводом теплоты реакции при кипении рабочей среды, отличающийся тем, что в реакторе размещают два слоя металлической насадки, сверху на насадку подают жидкий 1,2-дихлорэтан, в пространство между слоями насадки подают газообразный хлор с азотом, а под нижний слой насадки подают газообразный этилен с азотом, причем теплоту реакции отводят за счет испарения 1,2-дихлорэтана в азот и температуру жидкости поддерживают ниже температуры кипения, при этом в качестве насадки используют кольца Рашига из углеродистой стали, с возможностью равномерного распределению температуры в пленке жидкости.
Наиболее близким по технической сущности является РЕАКТОР, СОДЕРЖАЩИЙ НАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ [RU 2494808 C2, опубл. 10.10.2013], содержащий сосуд, имеющий точку поступления жидкости и загрузку, причем указанная загрузка содержит первый слой, включающий множество размещенных в нем отдельных элементов, причем по меньшей мере большинство элементов в первом слое составляют произвольно ориентированные элементы керамического наполнителя, при этом указанный элемент керамического наполнителя имеет внешнюю поверхность с образованным в ней одним или более каналами для отведения жидкости; а второй слой включает компоненты, где большая часть этих компонентов отличается от керамической среды; при этом первый слой загрузки размещается между вторым слоем и точкой поступления жидкости, и отношение глубины к ширине канала превышает 1,2:1,0 и не превышает 3,0:1,0.
Основной технической проблемой аналога и прототипа является невозможность их использования для получения монооксида углерода в результате воздействия температуры в присутствии катализатора из-за отсутствия в составе реактора средств нагрева. Кроме того, в заявленных аналоге и прототипе не определено эффективное соотношение размеров насадки к диаметру реактора, являющегося значимым для эффективного протекания реакции.
Задача изобретения состоит в устранении недостатков прототипа.
Технический результат изобретения заключается в повышении степени конверсии муравьиной кислоты.
Указанный технический результат достигается за счет того, что реактор для получения монооксида углерода из муравьиной кислоты, содержащий вертикальный цилиндрический закрытый с торцов корпус, заполненный насадкой в виде колец Рашига и ортофосфорной кислотой, отличающийся тем, что корпус выполнен составным из царг, смонтированных торцами друг к другу, где каждая из царг заключена в герметичную рубашку, выполненную с возможностью циркуляции теплоносителя внутри рубашки вокруг царги для поддержания внутри реактора температуры, необходимой для протекания реакции, при этом входные и выходные штуцеры каждой царги для подачи и отвода теплоносителя к рубашке расположены тангенциально навстречу друг другу относительно потока масла в верхней и нижней точках рубашки с целью создания кругового потока теплоносителя внутри рубашки для улучшения теплоотдачи, а насадка выполнена от 0,166 до 0,25 диаметра реактора.
В частности, с нижнего торца корпуса выполнено отверстие для подачи жидкости.
В частности, с верхнего торца корпуса выполнено отверстие для вывода продуктов реакции.
В частности, насадка выполнена из фторопласта.
В частности, снаружи рубашка теплоизолирована.
В частности, отношение высоты реакционной полости реактора к её диаметру равно 10-15.
В частности, реакционная полость реактора заполнена ортофосфорной кислотой на 40-60 %.
На фиг. 1 показан реактор для получения монооксида углерода из муравьиной кислоты, вид спереди в разрезе.
На фиг. 2 показан реактор для получения монооксида углерода из муравьиной кислоты, вид спереди.
На фигурах обозначено: 1 - корпус, 2 - нижняя крышка, 3 - верхняя крышка, 4 - рубашка, 5 - штуцеры подачи теплоносителя, 6 - штуцеры вывода теплоносителя.
Осуществление изобретения
Реактор для получения монооксида углерода из муравьиной кислоты содержит корпус, выполненный цилиндрической, вертикально ориентированной, формой и состоит из, по крайней мере, двух цилиндрических царг 1 (см. фиг. 1), смонтированных своими торцами одна на другой.
Снизу и сверху корпус закрыт соответственно нижней 2 и верхней 3 крышками, смонтированных разъемным соединением.
В нижней крышке 2 реактора выполнено отверстие для подачи в реактор муравьиной кислоты.
В верхней крышке 3 реактора выполнено отверстие для вывода из реактора продуктов реакции.
Реактор снабжен внутренним датчиком температуры (на фигурах не показан).
Снаружи каждая из царг 1 реактора заключены в герметичную рубашку 4, выполненную с возможностью циркуляции теплоносителя внутри рубашки 4 вокруг царг 1. Каждая из рубашек 4 оснащены штуцером подачи теплоносителя 6 и штуцером вывода теплоносителя 5 (см. фиг. 2), при этом упомянутые штуцеры 5, 6 смонтированы тангенциально, в противоположных сторонах относительно вертикальной оси симметрии и ориентированы навстречу друг другу относительно потока масла для создания закрученного потока теплоносителя вокруг корпуса реактора, при этом штуцеры подачи теплоносителя 5 смонтированы в нижних частях царг 1, а штуцеры вывода теплоносителя 6 смонтированы в верхних частях царг 1.
В качестве теплоносителя используют нагретое до температуры 180-230°С масло.
Снаружи рубашки 4 смонтирована теплоизоляция (на фигурах не показана). Теплоизоляцию выполняют из ваты минеральной, ваты базальтовой, муллитового картона. Снаружи теплоизоляционный слой закрыт защитной оболочкой, например, из нержавеющей стали.
Рубашка 4 выполнена из углеродистой стали до 5 мм толщиной. Рубашка 4 может быть снабжена продольными и/или поперечными ребрами жесткости, выполненными в виде металлических полос, смонтированными вдоль и/или, соответственно, поперек царг 1.
Внутренняя поверхность реактора и крышек 2, 3 покрыты эмалью.
Внутри корпус реактора заполнен насадкой из фторопластовых колец Рашига размером от 0,166до 0,25 диаметра реактора.
Кольца Рашига - разновидность насадок, применяемые в химической промышленности при проведении процессов абсорбции и ректификации и представляют собой полые тонкостенные цилиндры с высотой, равной диаметру. Кольца укладывают навалом.
Реактор для получения монооксида углерода из муравьиной кислоты заполняют на 40-60 % ортофосфорной кислотой H3PO4.
Через штуцеры подачи теплоносителя 5 в рубашки 4 царг 1 подают разогретый до 180-230°C теплоноситель и обеспечивают температуру внутри реактора в 170-180°C.
Через отверстие в нижней крышке 2подают в реактор муравьиную кислоту, а через отверстие в верхней крышке 3 осуществляют вывод продуктов реакции - монооксид углерода и пары воды.
Подачу теплоносителя в рубашку 4 и выпуск теплоносителя из рубашки 4 осуществляют через, соответственно, штуцеры подачи теплоносителя 5 и штуцеры вывода теплоносителя 6, расположенные тангенциально, ориентированы навстречу друг другу относительно потока масла на противоположных по высоте и диаметру точках для обеспечения закрученного потока теплоносителя в рубашке 4 для лучшей теплопередачи от теплоносителя к стенкам царг 1 Благодаря тому, что корпус реактора состоит из нескольких царг 1, каждая из которых заключена в свою рубашку 4, снабженную штуцерами подачи 5 и вывода 6 теплоносителя, обеспечивается равномерный нагрев реактора по высоте. Так как по высоте реактора происходит снижение температуре теплоносителя за счет теплоотдачи при выполнении по высоте корпуса одной рубашки по всей высоте градиент температуры по высоте увеличивается и по мере снижения температуры теплоносителя эффективность протекания реакции получения монооксида углерода снижается. Для компенсирования снижения температуры внутри реактора необходимо повышать температуру теплоносителя, что приводит к повышенному расходу энергоресурсов, а также усложнению контролю за протеканием реакции, так как наиболее эффективной температурой разложения муравьиной кислоты в присутствии катализатора является 170-180°C.
Выполнение насадки из фторопластовых колец Рашига размером от 0,166 до 0,25 диаметра реактора обеспечивает перемешивание реакционной массы, повышение поверхности контакта газовой фазы муравьиной кислоты с жидким катализатором, улучшение теплоотдачи от стенок реактора к реакционной массе.
При увеличении соотношения диаметров насадки и реактора пропускная способность колец увеличивается, но уменьшается поверхность контакта муравьиной кислоты с катализатором, а также ухудшается теплоотдача от стенок реактора к реакционной массе поэтому уменьшается степень конверсии муравьиной кислоты и, соответственно, производительность реактора.
При уменьшении соотношения диаметров насадки и реактора пропускная способность колец уменьшается, также ухудшаются условия теплообмена реакционной массы с внутренней стенкой реактора, поэтому падает температура внутри реактора и падает степень конверсии муравьиной кислоты, что опять же отрицательно влияет на производительность реактора.
В 2023 году автором изобретения было изготовлено несколько рабочих моделей реактора для получения монооксида углерода из муравьиной кислоты со следующими размерами: внутренний диаметр реактора - 200-300 мм, высота - 2800-3000 мм. В качестве теплоносителя использовалось масло с температурой 200°C. Были проведены эксперименты по получению монооксида углерода с помощью изготовленных реакторов в зависимости от соотношения размера насадки к диаметру реактора.
В таблице 1 приведены варианты заполнения реакторов насадкой из колец Рашига с различными диаметрами и степень конверсии муравьиной кислоты в разных реакторах при прочих равных условиях для каждого реактора. Скорость подачи муравьиной кислоты в реактор определялась пропорционально внутренней поверхности реактора: при диаметре 300 мм - 12 дм3/час, при диаметре 200 мм - 9 дм3/час, температура масла-теплоносителя поддерживалась постоянной 200°С. Замерялись температура в реакторе и степень конверсии муравьиной кислоты.
Таблица 1
| Диаметр реактора, мм | Диаметр насадки, мм | Соотношение диаметра насадки к диаметру реактора | Температура в реакторе, °С | Степень конверсии муравьиной кислоты, % |
| 200 | 25 | 0,15 | 162 | 89,6 |
| 200 | 40 | 0,166 | 179 | 99,4 |
| 200 | 50 | 0,25 | 176 | 98,8 |
| 200 | 80 | 0,4 | 157 | 82,2 |
| 300 | 40 | 0,13 | 164 | 88,4 |
| 300 | 50 | 0,166 | 181 | 99,3 |
| 300 | 60 | 0,2 | 180 | 99,7 |
| 300 | 80 | 0,27 | 169 | 91,1 |
Эксперименты показали наибольшую эффективность получения муравьиной кислоты при соотношениях диаметра насадки к диаметру реактора от 0,166 до 0,25.
Claims (7)
1. Реактор для получения монооксида углерода из муравьиной кислоты, содержащий вертикальный цилиндрический закрытый с торцов корпус с отверстиями для подачи жидкости и вывода продуктов реакции в этих торцах, заполненный насадкой в виде колец Рашига и ортофосфорной кислотой, отличающийся тем, что корпус выполнен составным из царг, смонтированных торцами друг к другу, где каждая из царг заключена в герметичную рубашку, выполненную с возможностью циркуляции теплоносителя внутри рубашки вокруг царги для поддержания внутри реактора температуры, необходимой для протекания реакции, при этом входные и выходные штуцеры каждой царги для подачи и отвода теплоносителя к рубашке расположены тангенциально навстречу друг другу относительно потока масла в верхней и нижней точках рубашки с целью создания кругового потока теплоносителя внутри рубашки для улучшения теплоотдачи, а кольца Рашига насадки выполнены размером от 0,166 до 0,25 диаметра реактора.
2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что отверстие для подачи жидкости выполнено с нижнего торца корпуса.
3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что отверстие для вывода продуктов реакции выполнено с верхнего торца корпуса.
4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что насадка выполнена из фторопласта.
5. Реактор по п.1, отличающийся тем, что снаружи рубашка теплоизолирована.
6. Реактор по п.1, отличающийся тем, что отношение высоты реакционной полости реактора к её диаметру равно 10-15.
7. Реактор по п.1, отличающийся тем, что реакционная полость реактора заполнена ортофосфорной кислотой на 40-60 %.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2830357C1 true RU2830357C1 (ru) | 2024-11-18 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2312696C1 (ru) * | 2006-03-17 | 2007-12-20 | Андрей Григорьевич Вендило | Универсальная установка для очистки высококипящих растворителей вакуумной ректификацией и способы очистки вакуумной ректификацией на ней этиленгликоля, моноэтаноламина, метилцеллозольва, этилцеллозольва, бутилцеллозольва, n-метилпирролидона и бензилового спирта |
| RU2469764C1 (ru) * | 2011-07-07 | 2012-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ГалоПолимерКирово-Чепецк" (ООО "ГалоПолимерКирово-Чепецк") | Аппарат колонный с колпачковыми тарелками |
| RU2494808C2 (ru) * | 2009-02-16 | 2013-10-10 | Сэнт-Гобэн Керамикс Энд Пластикс, Инк. | Реактор, содержащий наполнитель для распределения жидкости |
| RU2720786C1 (ru) * | 2019-07-23 | 2020-05-13 | Акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Ректификационная колонна |
| EP4371936A1 (en) * | 2021-07-12 | 2024-05-22 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | Reaction vessel, gas production device, gas production system, and gas production method |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2312696C1 (ru) * | 2006-03-17 | 2007-12-20 | Андрей Григорьевич Вендило | Универсальная установка для очистки высококипящих растворителей вакуумной ректификацией и способы очистки вакуумной ректификацией на ней этиленгликоля, моноэтаноламина, метилцеллозольва, этилцеллозольва, бутилцеллозольва, n-метилпирролидона и бензилового спирта |
| RU2494808C2 (ru) * | 2009-02-16 | 2013-10-10 | Сэнт-Гобэн Керамикс Энд Пластикс, Инк. | Реактор, содержащий наполнитель для распределения жидкости |
| RU2469764C1 (ru) * | 2011-07-07 | 2012-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ГалоПолимерКирово-Чепецк" (ООО "ГалоПолимерКирово-Чепецк") | Аппарат колонный с колпачковыми тарелками |
| RU2720786C1 (ru) * | 2019-07-23 | 2020-05-13 | Акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Ректификационная колонна |
| EP4371936A1 (en) * | 2021-07-12 | 2024-05-22 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | Reaction vessel, gas production device, gas production system, and gas production method |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Вольщак И.Л., Майстренко А.В., Майстренко Н.В. Моделирование процесса диазотирования при непрерывном синтезе азопигментов// Фундаментальные исследования. - 2012. - N 11-6. - С. 1445-1450. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4544544A (en) | Plate reactors for chemical syntheses under high pressure in gaseous phase and with heterogeneous catalysis | |
| JP5306231B2 (ja) | 硫化水素を製造するための反応器および方法 | |
| EP1839735B1 (en) | A transverse tubular heat exchange reactor and a process for catalytic synthesis therein | |
| CS258104B2 (en) | Reactor for catalyzed reactions with through flow of gaseous reaction components in radial directions stepeise through particular chambers filled with catalyst | |
| GB989963A (en) | Improvements in heat exchangers for liquid metal | |
| KR20030062252A (ko) | 열전달이 높은 관형 반응기 | |
| US4486270A (en) | Apparatus for the removal of ammonium carbamate from a urea-synthesis solution | |
| US4339413A (en) | Methanol-synthesis reactor | |
| SU1205750A3 (ru) | Устройство дл проведени реакций частичного окислени органических соединений в паровой фазе | |
| RU2830357C1 (ru) | Реактор для получения монооксида углерода из муравьиной кислоты | |
| US4576573A (en) | Heating a fixed-bed charge in a tube reactor, and an arrangement for carrying out the method | |
| US2198555A (en) | Contact chamber | |
| JP2012520759A (ja) | 熱変換反応密閉容器 | |
| RU97118856A (ru) | Способ и реактор для гетерогенного экзотермического синтеза формальдегида | |
| RU2075020C1 (ru) | Аппарат для проведения теплообменных и диффузионных процессов | |
| JP5558830B2 (ja) | 硫化水素を製造するための反応器および方法 | |
| RU2552623C2 (ru) | Теплообменник для охлаждения горячих газов и теплообменная система | |
| RU2306173C2 (ru) | Способ и реактор для проведения химических реакций в псевдоизотермических условиях | |
| US7186389B2 (en) | Method for carrying out chemical reactions in pseudo-isothermal conditions | |
| CN211754821U (zh) | 一种自取热式固定床反应器及系统 | |
| CN112705114B (zh) | 一种换热式多相反应器及其应用方法和轻汽油醚化方法 | |
| SU1643071A1 (ru) | Контактный аппарат кип щего сло | |
| SU993987A1 (ru) | Тепломассообменный аппарат | |
| CN106902714A (zh) | 浆态床反应器 | |
| RU68358U1 (ru) | Реактор кипящего слоя |