Барботажный реактор прямого хлорирования этилена

 

Изобретение относится к конструкциям аппаратов, применяемых в химической промышленности для получения дихлорэтана путем прямого хлорирования этилена в среде кипящего дихлорэтана в присутствии катализатора. Сущность изобретения: реактор содержит колонну, частично заполненную жидким дихлорэтаном, в которую непрерывно подают хлор и этилен, а также возвратный дихлорэтан. Синтезируемый парообразный дихлорэтан отводится через верхний штуцер, а жидкий дихлорэтан, содержащий вредный трихлорэтан, отводится через нижний штуцер. Через верхний конец циркуляционной трубы, установленной по оси колонны, а также через окна, выполненные в ее средней части, происходит переток жидкофазного дихлорэтана в нижнюю часть циркуляционной трубы по большому и малому контурам циркуляции. Парогазовая фаза поднимается в верхнюю часть колонны и проходит через отверстия перфорированных тарелок, локализованных на каждой тарелке в виде участков, расположенных на тарелках со смещением, что позволяет удлинить путь газообразных компонентов. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к конструкциям аппаратов, применяемых в химической промышленности для получения дихлорэтана путем прямого хлорирования этилена в среде кипящего дихлорэтана в присутствии катализатора.

Известен барботажный реактор для проведения химических реакций в системе жидкость-газ, выполненный в виде вертикальной колонны со штуцерами ввода и вывода реагентов, снабженной циркуляцион- ной трубой и перфорированными ситчатыми тарелками провального типа с равномерно расположенными проходными отверстиями, имеющими живое сечение 1-20% [1] Причины недостатков известного реактора заключаются в том, что перемешивание компонентов реакции в пространстве между тарелками происходит недостаточно интенсивно, так как общее направление их движения ориентировано вдоль оси колонны. При этом рабочая газожидкостная среда проходит через отверстия тарелок прямотоком, слабо диспергируется и имеет недостаточно развитую поверхность контакта фаз. По указанным причинам и процесс массообмена происходит недостаточно интенсивно, что приводит к перерасходу избыточного этилена.

Целью изобретения является уменьшение расхода избыточного этилена и снижение выхода трихлорэтана за счет понижения гидростатического давления и температуры в реакторе и более эффективного использования хлора.

Это достигается тем, что в барботажном реакторе прямого хлорирования этилена, содержащем вертикальную колонну со штуцерами ввода хлора, этилена, возвратного дихлорэтана, вывода паров дихлорэтана и жидкого дихлорэтана с трихлорэтаном, центральную циркуляционную трубу, по высоте верхней части которой установлены секционирующие перфорированные тарелки, распределители возвратного дихлорэтана, хлора и этилена, расположенные в нижней части колонны по ее высоте, в средней части циркуляционной трубы под нижней тарелкой выполнены окна для перетока жидкого дихлорэтана в циркуляционную трубу, внутри которой над окнами установлена поперечная перегородка с центральным отверстием, к которому снизу присоединен сливной патрубок, отверстия каждой перфорированной тарелки локализованы на одном ее участке, составляющем менее половины всей площади тарелки, при этом каждый участок локализации отверстий вышележащей тарелки расположен таким образом, что его вертикальная проекция на нижележащую тарелку не совпадает с участком локализации отверстий на этой нижележащей тарелке.

Участки локализации отверстий на перфорированных тарелках могут быть выполнены в форме периферийно или центрально расположенного кольца, или в форме круговых сегментов, или в форме секторов круга.

Благодаря наличию окон в циркуляционной трубе происходит увеличение кратности циркуляции жидкой фазы в нижней части колонны и уменьшается объем циркулирующей жидкой фазы в верхней части колонны. Это обусловливает понижение гидростатического давления в целом в реакторе и повышение процентного содержания парогазовой фазы в его верхней части, секционированной тарелками. Уменьшение объема циркулирующей жидкой фазы в верхней секционированной тарелками части колонны обеспечивает возможность уменьшения живого сечения отверстий тарелки по сравнению с прототипом. Понижение гидростатического давления в реакторе, а следовательно, и снижение температуры кипения жидкого дихлорэтана и температуры в парогазовых пузырьках позволяет уменьшить расход хлора и избыточного этилена и снизить выход вредного трихлорэтана.

Благодаря локализации отверстий на тарелках, расположению их на тарелках с образованием лабиринтного проходя для парогазовой фазы, а также уменьшению их суммарного живого сечения удлиняется путь парогазожидкостного потока и в том числе "быстрых" пузырей, резко изменяется направление его движения, а скорость его соответственно увеличивается. Это приводит к интенсификации процессов перемешивания в парогазовой фазе и между фазами, к уменьшению размеров парогазовых пузырей и, следовательно, к уменьшению температуры в их ядре и к снижению расхода избыточного этилена и выхода трихлорэтана.

На фиг. 1 показан предлагаемый реактор, продольный разрез; на фиг. 2 то же, циркуляционная труба с окнами, поперечная перегородка и сливной патрубок; на фиг. 3, 4 и 5 расположение участков локализации отверстий на тарелках соответственно в форме колец, круговых сегментов и секторов круга.

Предлагаемый реактор содержит вертикальную колонну 1 со штуцером 2 подвода газообразного этилена, штуцером 3 подвода газообразного хлора, штуцером 4 подвода жидкого возвратного дихлорэтана, расположенными в нижней части колонны 1. В верхней части колонны 1 расположен штуцер 5 для вывода парообразного дихлорэтана. В нижней части колонны 1 расположены также штуцер 6 для вывода жидкого дихлорэтана с находящимся в нем трихлорэтаном и штуцер 7, служащий для слива содержимого колонны 1. Внутри колонны 1 установлена центральная циркуляционная труба 8, сообщающая верхнюю и нижнюю части колонны 1. К штуцеру 4 присоединен распределитель возвратного дихлорэтана, выполненный в виде заглушенной трубы 9, имеющей продольные прорези для выхода дихлорэтана. Над трубой 9 расположен распределитель 10 газообразного хлора, а над ним распределитель 11 газообразного этилена. Распределители 10 и 11 выполнены в виде концентрически расположенных кольцевых трубок с отверстиями для выхода газа. Каждый распределитель 10 и 11 подключен параллельно к соответствующему штуцеру 3 и 2.

По высоте верхней части циркуляционной трубы 8 установлены секционирующие перфорированные тарелки 12, имеющие отверстия 13, которые локализованы на каждой тарелке 12 в виде одного участка 14, площадь которого составляет менее половины всей площади тарелки 12, при этом каждый участок 14 локализации отверстий 13 вышележащей тарелки 12 расположен таким образом, что его горизонтальная проекция на нижележащую тарелку 12 не совпадает с участком 14 локализации отверстий 13 на этой нижележащей тарелке 12. В средней части циркуляционной трубы 8 под нижней тарелкой 12 выполнены окна 15 для перетока жидкого дихлорэтана в циркуляционную трубу 8. Внутри циркуляционной трубы 8 над окнами 15 установлена поперечная перегородка 16, имеющая центральное отверстие 17, к которому снизу присоединен сливной патрубок 18. Нижний конец сливного патрубка 18 расположен ниже уровня размещения окон 15.

Предлагаемый реактор работает следующим образом.

В колонну 1, частично заполненную жидким дихлорэтаном, непрерывно через штуцер 3 и распределитель 10 подают газообразный хлор, а через штуцер 2 и распределитель 11 газообразный этилен. Хлор и этилен частично растворяются в жидком дихлорэтане, частично в количествах, которые не могут растворяться, остаются в газообразном виде. При встрече молекул хлора и этилена в жидкой и газовой фазах образуются молекулы дихлорэтана и выделяется тепло реакции. Тепло реакции снимается испарением жидкого дихлорэтана. Поскольку на один грамм-моль синтезированного дихлорэтана испаряется дополнительно пять грамм-молей возвратного дихлорэтана, в колонне 1 образуется значительное количество паров дихлорэтана (примерно в 3 раза больше, чем объем вводимых на реакцию газов), которые смешиваются с нерастворенными и непрореаги- ровавшими хлором и этиленом и затем реакция синтеза дихлорэтана идет как в жидкой, так и в паровой фазах. Образующаяся в колонне 1 парогазожидкостная смесь в виде вихрей перемещается вверх по колонне 1 и проходит секционирующие тарелки 12 через отверстия 13. При этом между тарелками 12 происходит изменение направления движения смеси от вертикального к наклонному за счет смещения участков 14 локализации отверстий 13 относительно друг друга. Жидкая фаза образует два циркуляционных контура: большой контур циркуляции жидкости, переливающейся в циркуляционную трубу 8 через ее верхний открытый конец и далее через отверстие 17 в перегородке 16, патрубок 18 до нижнего конца трубы 8, и внутренний малый контур циркуляции через окна 15 трубы 8, кольцевой зазор между внутренней стороной трубы 8 и наружной стороной сливного патрубка 18 и далее до нижнего конца трубы 8. Паровая фаза дихлорэтана с избыточным этиленом выводится из колонны 1 через штуцер 5. Количество испарившегося дихлорэтана восполняется за счет возвратного дихлорэтана, вводимого в реактор непрерывно через штуцер 4 и распределитель 9. В области расположения распределителей 10 и 11 интенсивно образуется парогазожидкостный поток с объемным газосодержанием, составляющим более 0,2. В этом потоке возникают, так называемые, "быстрые" пузыри, которые перемещаются в барботажном слое вверх со скоростью, значительно превышающей (на порядок и более) среднюю скорость подъема остальных, меньших по размеру парогазовых пузырей. Так как каждый участок 14 локализации отверстий 13 на смежных тарелках 12 расположен со смещением относительно друг друга и их горизонтальные проекции не совпадают, то парогазовые пузыри не могут двигаться вертикально, а вынуждены двигаться по зигзагообразной траектории, изменяя направление своего движения от одной тарелки 12 к другой. Благодаря этому их путь удлиняется, а скорость движения увеличивается, создаются условия для интенсивного перемешивания в парогазовой фазе и между фазами и для дробления крупных ("быстрых") пузырей и, следовательно, для снижения температуры в их ядре, что приводит к уменьшению разницы температур между парогазовой фазой и кипящим жидким дихлорэтаном. Указанные процессы позволяют снизить расход избыточного этилена и приводят к снижению интенсивности побочных реакций, т.е. к снижению выхода трихлорэтана. Образованный в средней части колонны 1 малый контур циркуляции жидкого дихлорэтана через окна 15 способствует увеличению кратности циркуляции жидкой фазы в нижней части колонны 1 и снижению кратности циркуляции жидкой фазы в верхней части колонны 1, что способствует повышению парогазосодержания в верхней секционированной тарелками части колонны 1, а это в свою очередь вызывает снижение гидростатического давления в колонне 1 и, следовательно, снижение температуры кипения дихлорэтана и температуры в парогазовых пузырях. В результате уменьшается расход хлора и избыточного этилена и снижается выход вредного трихлорэтана.

Таким образом, предложенный реактор по сравнению с прототипом позволяет уменьшить расход избыточного этилена примерно на 20-40% и снизить выход вредного трихлорэтана на 20-30% При этом предлагаемый реактор обеспечивает быстрое и полное связывание хлора за счет повышения интенсивности процессов перемешивания и диспергирования газообразных реагентов в зоне размещения перфорированных тарелок, имеющих уменьшенное суммарное живое сечение проходных отверстий.

Формула изобретения

1. БАРБОТАЖНЫЙ РЕАКТОР ПРЯМОГО ХЛОРИРОВАНИЯ ЭТИЛЕНА, содержащий вертикальную колонну со штуцерами ввода хлора, этилена, возвратного дихлорэтана, вывода паров дихлорэтана и жидкого дихлорэтана с трихлорэтаном, центральную циркуляционную трубу, по высоте верхней части которой установлены секционирующие перфорированные тарелки, распределители возвратного дихлорэтана, хлора и этилена, расположенные в нижней части колонны по ее высоте, отличающийся тем, что в средней части циркуляционной трубы под нижней тарелкой выполнены окна для перетока жидкого дихлорэтана в циркуляционную трубу, снабженную установленной внутри над окнами поперечной перегородкой с центральным отверстием, к которому снизу присоединен сливной патрубок, отверстия каждой перфорированной тарелки локализованы на одном ее участке, площадь которого составляет менее половины всей площади тарелки, при этом каждый участок локализации отверстий вышележащей тарелки расположен со смещением относительно участка локализации отверстий нижележащей тарелки.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что участки локализации отверстий на перфорированных тарелках выполнены в форме периферийно или центрально расположенного кольца.

3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что участки локализации отверстий на тарелках выполнены в виде круговых сегментов.

4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что участки локализации отверстий на тарелках выполнены в виде секторов круга.