массообменный аппарат для окисления растворов алкилантрагидрохинонов

Формула изобретения

1. МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ РАСТВОРОВ АЛКИЛАНТРАГИДРОХИНОНОВ, содержащий корпус в виде полой колонны с днищами, оборудованный патрубками ввода и вывода жидкой и газовой фаз, отличающийся тем, что он снабжен установленной внутри корпуса емкостью, выполненной в виде последовательно сочлененных между собой конфузоров, в зонах сочленения которых размещены перераспределительные перегородки, при этом сопла конфузоров ориентированы по направлению движения потока жидкой фазы, а емкость образует с внутренней поверхностью корпуса кольцевые карманы.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что конфузоры, образующие внутреннюю поверхность колонны, сочленены коническими поверхностями.

3. Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен патрубками ввода и вывода теплоносителя в кольцевые карманы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии, в частности к устройствам для проведения массообменных процессов, в особенности для проведения процесса окисления кислородсодержащим газом раствора алкилантрагидрохинонов в производстве перекиси водорода.

В различных отраслях промышленности применяются самые разнообразные аппараты для осуществления массообменных процессов в системе газ-жидкость. Наиболее распространенными являются насадочные и тарельчатые колонные аппараты [1]

И тем, и другим аппаратам присущи определенные достоинства и недостатки.

Процесс окисления раствора алкилантрагидрохинонов кислородом или кислородсодержащим газом в процессе получения перекиси водорода осуществляется в полых или насадочных аппаратах.

Известен колонный аппарат с насадкой, работающий по принципу прямотока или противотока, содержащий цилиндрический корпус с днищами и патрубками ввода и вывода сред и один или несколько слоев насадки, на поверхности которой происходит взаимодействие жидкости и газа.

Однако неравномерность профиля скоростей, в первую очередь, потока жидкости, характеризующаяся значительной поперечной неравномерностью, пpиводит к существенному снижению движущей силы процесса вследствие продольного перемешивания фаз и уменьшению поверхности контакта фаз, что в совокупности снижает производительность аппаратов и приводит к увеличению их размеров.

Наиболее близким к изобретению является массообменный колонный аппарат для окисления алкилантрагидрохинонов, выполненный в виде полой цилиндрической колонны с днищами, патрубками ввода и вывода жидкой и газовой фаз [3]

Однако в данном аппарате продольное перемешивание также оказывает существенное негативное влияние на произвдительность и приводит к увеличению его размеров, а для снижения вредного влияния продольного перемешивания фирма BASF применяет каскад полых аппаратов. Это позволяет в некоторой степени снизить продольное перемешивание, обусловленное поперечной неравномерностью потока, хотя использование нескольких аппаратов вместо одного усложняет и удорожает процесс.

Задачей является создание массообменного аппарата для осуществления процесса окисления кислородом или кислородсодержащим газом раствора алкилантрагидрохинонов с такими конструктивными элементами, которые позволили бы существенно повысить эффективность процесса.

Для этого в массообменном аппарате для окисления раствора алкилантрагидрохинонов, содержащем корпус, выполненный в виде полой цилиндрической колонны с днищами, оборудованной патрубками ввода и вывода газовой и жидкой сред, согласно изобретению внутренняя поверхность колонны выполнена в виде последовательно сочлененных между собой конфузоров, в зонах сочленения которых размещены перераспределительные перегородки, при этом сопла конфузоров ориентированы по направлению потока жидкой фазы.

При движении газовой и жидкой фаз в конфузоре происходит изменение профиля скоростей и появление поперечных потоков. Изменение профиля скоростей фаз и взаимодействие фаз приводит к значительному выравниванию профиля скоростей и, тем самым, к снижению продольного перемешивания. Размещение перераспределительных перегородок в зонах сочленения конфузоров дополнительно ограничивает перемешивание между зонами газожидкостного потока по обе стороны от перегородки и приводит к перераспределению и повторному диспергированию газовой фазы.

Целесообразно, чтобы сочленения конфузоров были выполнены также коническими поверхностями, так как это вызывает наиболее плавное изменение скоростей при минимальном сопротивлении.

Желательно, чтобы массообменный аппарат был снабжен патрубками ввода и вывода теплоносителя, сообщающихся с пространством между внутренней и наружной поверхностями колонны.

Наличие указанных патрубков обеспечивает возможность поддержания необходимого температурного режима процесса в аппарате.

На фиг.1 изображен массообменный аппарат для окисления растворов алкилантрагидрохинонов при противотоке фаз; фиг.2 то же, при восходящем прямотоке фаз.

Массообменный аппарат для осуществления процесса окисления растворов алкилантрагидрохинонов содержит корпус, выполненный в виде полой колонны 1 с днищами 2, патрубок 3, ввода жидкой фазы, патрубок 4 ввода газовой фазы, патрубок 5 вывода жидкой фазы и патрубок 6 вывода газовой фазы. Внутренняя поверхность полой колонны 1 выполнена в виде конфузоров 7, сочлененных между собой коническими поверхностями 8, а в зонах сочленения конфузорв 7 установлены перераспределительные перегородки 9. При этом сопла конфузоров 7 ориентированы по направлению движения потока жидкости и соответственно этому большее сечение конфузоров 7 обращено навстречу потоку жидкой фазы.

Колонна 1 может быть выполнена таким образом, что между ее внутренней и наружной поверхностями образуется полое пространство 10 и колонна 1 снабжается патрубками 11 и 12 ввода и вывода теплоносителя.

Аппарат работает следующим образом.

При противотоке газа и жидкости через патрубок 3 ввода жидкой фазы, расположенный в верхней части аппарата, в колонну подается жидкая фаза раствор алкилантрагидрохинонов.

Через патрубок 4, расположенный в нижней части аппарата, подается газовая фаза кислородсодержащий газ.

Жидкая фаза, двигаясь внутри конфузоров 7 вниз, претерпевает изменение скорости и профиля скоростей: скорость жидкости по мере ее движения в секции аппарата возрастает с одновременным выравниванием профиля скоростей.

Газовая фаза, поднимаясь в конфузоре 7, также претерпевает изменение скорости и профиля скоростей: скорость газовой фазы уменьшается с одновременным ростом статического давления.

Взаимодействие газовой и жидкой фазы приводит к еще большему выравниванию профиля скоростей жидкой фазы, тем самым, еще большему снижению продольного перемешивания.

Изменение профиля скоростей и взаимодействие потоков газа и жидкости сопровождается значительными радиальными потоками, ростом поперечного перемешивания и, таким образом, достаточно высоким уровнем локального перемешивания.

Перераспределительные перегородки 9, размещенные в зоне соединения конфузоров коническими поверхностями 8, а именно в месте наибольшего диаметра, как показано на фиг.1, секционируют колонну на зоны, близкие ячейкам идеального перемешивания. Все эти факторы в сочетании способствуют уменьшению продольного перемешивания, повышению движущей силы и увеличению удельной производительности аппарата.

Для осуществления процесса окисления растворов алкилантрахинонов при восходящем прямотоке фаз (фиг.2) через патрубок 3, расположенный в нижней части аппарата, в колонну 1 подается жидкая фаза раствор прогидрированных алкилантрахинонов.

Через патрубок 4, расположенный в нижней части колонны, подается газовая фаза кислородсодержащий газ.

Жидкая фаза, двигаясь в конфузорах 7 вверх, претерпевает изменение скорости и профиля скоростей; скорость жидкости по мере ее движения в секции аппарата возрастает с одновременным выравниванием профиля скоростей.

Газовая фаза, поднимая в конфузорах 7, также претерпевает изменение скорости и профиля скоростей: скорость газовой фазы увеличивается с выравниванием профиля скоростей.

Взаимодействие газовой и жидкой фазы приводит к еще большему выравниванию профиля скоростей жидкой фазы, тем самым, еще большему снижению продольного перемешивания.

Изменение профиля скоростей и взаимодействие потоков газа и жидкости сопровождается значительными радиальными потоками, ростом поперечного перемешивания и, таким образом, достаточно высоким уровнем локального перемешивания.

Перераспределительные перегородки 9, размещенные в зоне соединения конфузоров 7 коническими поверхностями 8, как показано на фиг.2 в месте наименьшего диаметра, секционируют колонну на зоны, близкие к ячейкам идеального перемешивания. Дополнительный эффект дает расширение после перераспределительной перегородки 9, вызывая образование тороидального вихря над перегородкой. Все эти факторы в сочетании способствуют уменьшению продольного перемешивания, повышению движущей силы и увеличению удельной производительности аппарата.

Через патрубок 11 в пространство, образованное внутренней и наружной поверхностями корпуса, подается теплоноситель для обеспечения необходимого температурного режима процесса окисления, который выводится через патрубок 12.

Предлагаемый колонный массообменный аппарат не труден в изготовлении, прост в монтаже и эксплуатации, может быть с успехом использован не только для осуществления процесса окисления растворов алкилантрагидрохинонов кислородом или кислородсодержащим газом в производстве перекиси водорода, но и для осуществления многих других массообменных процессов в системах газ-жидкость.