RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 175297 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej ( 2 1) Numer zgłoszenia: 304605 Data zgłoszenia: 08.08.1994 (51) IntCl6: B01J 19/26 B01F7/16 (54) Reaktor chemiczny (43) Zgłoszenie ogłoszono: 19.02.1996 BUP 04/96 (73) Uprawniony z patentu: Zakłady Azotowe "PUŁAWY" S.A., Puławy, PL (72) Twórcy wynalazku: Stanisław Traciłowski, Puławy, PL Mieczysław Smaga, Puławy, PL Jacek Dobrowolski, Puławy, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.12.1998 WUP 12/98 (74) Pełnomocnik: Stopka Józef, Zakłady Azotowe "PUŁAWY"S.A. PL 175297 B1 (5 7 ) 1. Reaktor chemiczny do prowadzenia procesów chemicznych, składający się z aparatu w kształcie walczaka o dowolnej średnicy, posiadający mieszadło oraz wymuszony wewnętrzny układ chłodniczy, znamienny tym, że posiada wirnik tłocząco-mieszający (1) w kształcie pierścienia, osadzony w górnej części reaktora na wale napędowym (14), przy czym wirnik (1) zaopatrzony jest w łopatki (2 ) i składa się z pierścieni; górnego (3) i dolnego (4) oraz z pierścienia z występami (5) zakończonego łopatkami (9), reaktor posiada też dystrybutor (6 ) z dyszami (7) oraz układ dystrybucji mieszania i przetaczania (11) z dystrybutorem (8 ), chłodnicą wewnętrzną (1 2 ) i rurą cyrkulacyjną (13). F IG.1
Reaktor chemiczny Zastrzeżenia patentowe 1. Reaktor chemiczny do prowadzenia procesów chemicznych, składający się z aparatu w kształcie walczaka o dowolnej średnicy, posiadający mieszadło oraz wymuszony wewnętrzny układ chłodniczy, znamienny tym, że posiada wirnik tłocząco-mieszający (1) w kształcie pierścienia, osadzony w górnej części reaktora na wale napędowym (14), przy czym wirnik (1) zaopatrzony jest w łopatki (2) i składa się z pierścieni; górnego (3) i dolnego (4) oraz z pierścienia z występami (5) zakończonego łopatkami (9), reaktor posiada też dystrybutor (6) z dyszami (7) oraz układ dystrybucji mieszania i przetaczania (11) z dystrybutorem (8), chłodnicą wewnętrzną (12) i rurą cyrkulacyjną (13). 2. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że dysze (7) dystrybutora (6) są ukierunkowane na łopatki (9) pierścienia (5), a dystrybutor (6) z dyszami (7) połączone są na sztywno z konstrukcją reaktora. * * * Przedmiotem wynalazku jest reaktor chemiczny. Przemysł chemiczny, zwłaszcza przemysł ciężkiej syntezy chemicznej używa różnego typu aparatów i reaktorów. Prawie każda z gałęzi tego przemysłu ma swoje specyficzne reaktory. I tak, przemysł petrochemiczny bazuje na reaktorach rurowych oraz wieżach destylacyjnych. Podobnie przemysł nawozów sztucznych, przy czym część używanych tu reaktorów to aparaty w kształcie walców o różnych, czasami bardzo dużych średnicach, poprzegradzanych półkami, na których znajdują się katalizatory, zaopatrzone w wymienniki ciepła, bądź to wbudowane wewnątrz reaktorów, bądź na zewnątrz tychże. Przemysł tworzyw sztucznych oraz przemysł półproduktów dla tego przemysłu używa zarówno jednych i drugich, a czasami specyficznych dla swojej branży aparatów w zależności od jego skomplikowania, od szeregu stadiów przejściowych stosowanych procesów. Często aparaty, reaktory chemiczne muszą być wyposażone w niezbędne przegrody, w urządzenia do dozowania surowców i szybkiego odbioru produktów reakcji, w precyzyjne opomiarowanie i oprzyrządowanie, wymienniki ciepła odbierające szybko i skutecznie ciepło reakcji, najprzeróżniejsze dozowniki surowców, katalizatorów. Są stosowane w przemyśle chemicznym procesy wymagające niezwykle precyzyjnego dozowania reagentów, bardzo szybkiego, nierzadko natychmiastowego dokładnego ich wymieszania i szybkiego odbioru powstającego w wyniku reakcji ciepła. Dla reakcji zachodzących w układzie gaz-gaz, zarówno dozowanie jak też i szybkość wymieszania reagentów w zasadzie nie sprawia kłopotów. Bardziej kłopotliwymi są reakcje zachodzące w układzie gaz-ciecz, ciecz-ciecz, a już skomplikowanymi są reakcje gaz-ciało stałe. Często też dla potrzeb właściwego przebiegu reakcji niezbędna jest zmiana stanu skupienia jednego z reagentów, na przykład stopienia przez odpowiednie podgrzanie. W tym ostatnim przypadku wymagane jest często utrzymanie bardzo sztywnej - utrzymywanej w niewielkim przedziale, temperatury. Podobna sytuacja zachodzi kiedy przekroczenie nawet niewielkie, rzędu kilku stopni, powoduje zmianę kierunku zachodzącej reakcji, prowadząc w konsekwencji do otrzymania zupełnie innych produktów, bądź też powstawania obok podstawowego produktu także produktów ubocznych, które są trudne do usunięcia i które mogą powodować nawet duże zmiany jakościowe. Oczywiście takie uboczne reakcje zawsze powodują większe lub mniejsze straty, zwiększają zużycie surowca podstawowego. Przykładem takiej trudnej reakcji, a w związku z tym i złożoności budowy reaktora do jej przeprowadzenia jest reakcja przegrupowania Beckmanna.
175 297 3 Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji reaktora, który zapewni precyzyjne dozowanie reagentów, a zwłaszcza bardzo dokładne jego rozprowadzenie w środowisku - dokładne wymieszanie i to zachodzące w możliwie bardzo krótkim czasie. Zapewni ponadto szybkie odprowadzenie ciepła reakcji oraz uniemożliwi miejscowe przegrzanie. Konstrukcja tego reaktora zapewnić ma także i to, aby do przereagowanych już reagentów nie dostawały się nawet ślady zasadniczego surowca, które w tej fazie procesu mogłyby powodować niezamierzony jego przebieg i powodować miejscowe przegrzanie. Cel ten osiągnięto poprzez skonstruowanie nowego reaktora, którego konstrukcja pozwala na szybkie, bardzo dokładne i w dużym rozproszeniu dozowanie składnika lub składników do masy reakcyjnej. Pozwala na również dokładne jego natychmiastowe wymieszanie i bardzo szybkie skierowanie do układu chłodzenia wewnętrznego. Szybkość obrotowa wirnika dobierana jest do potrzeb procesu. Zastosowanie dyfuzora powoduje, że prawie niemożliwym staje się to, aby dozowany składnik procesu reakcji mógł być dozowany nawet w śladowych ilościach poza tym układem i już po procesie zasadniczym. Reaktor według wynalazku posiada wirnik tłocząco-mieszający w kształcie pierścienia, osadzony w górnej części reaktora na wale napędowym, przy czym wirnik zaopatrzony jest w łopatki. Wirnik składa się z pierścieni: górnego i dolnego oraz z pierścienia z występami zakończonego łopatkami. Reaktor posiada też dystrybutor z dyszami oraz układ dystrybucji, mieszania i przetaczania z dystrybutorem, chłodnicą wewnętrzną i rurą cyrkulacyjną. Dysze dystrybutora są ukierunkowane na łopatki pierścienia. Dystrybutor z dyszami połączone są na sztywno z konstrukcją reaktora. Taka konstrukcja reaktora staje się przydatna i niezbędna dla procesów, które wymagają przedstawionych wyżej zadań. Dyfuzor z układem mieszania i przetaczania nadaje masie reakcyjnej ruch ukierunkowany na chłodnicę wewnętrzną, poprzez rurę cyrkulacyjną. Wynalazek jest przedstawiony na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia reaktor - jego górną część z wirnikiem, łopatami, dystrybutorem oraz układem mieszania i przetaczania. Natomiast fig. 2 przedstawia schemat przekroju pionowego reaktora. Reaktor według wynalazku składa się z walczaka o dowolnej średnicy, posiada wirnik tłocząco-mieszający 1 w kształcie pierścienia osadzony na wale napędowym 14 w górnej części reaktora, przy czym wirnik 11 zaopatrzony jest w łopaty 2 i składa się z pierścieni; górnego 3, dolnego 4 oraz z pierścienia z występami 5, korzystnie w kształcie łopatek 9. Reaktor posiada też dystrybutor 6 z dyszami 7 oraz układ dystrybucji, mieszania i przetaczania 11 z dyfuzorem 8, chłodnicę wewnętrzną 12 i rurę cyrkulacyjną 13. Dysze 7 dystrybutora 6 są ukierunkowane na łopatki pierścienia 9. Dyfuzor 8 z układem mieszania i przetaczania 11 masy reakcyjnej ukierunkowują tę masę - poprzez swoją konstrukcję na chłodnicę wewnętrzną 12, poprzez rurę cyrkulacyjną 13, dystrybutor 6 z dyszami 7 połączone są na sztywno z konstrukcją reaktora, natomiast wirnik tłocząco-mieszający 1 jest ruchomy, zamocowany na wale napędowym 14.
175 297
175 297 FIG. 2
175 297 FIG.1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł