Колонные аппараты-полимеризаторы

К ним относятся аппараты, служащие для получения полистирола, фенолформальдегидных смол, поликапролактама и других полимеров.

На рис.8.13 изображена колонна для синтеза полистирола в массе. Колонна состоит из шести цилиндрических царг 1–6, нижнего конуса 7 и крышки 8, и образует соответственно семь температурных зон, снабженных отдельными рубашками для высокотемпературного нагревания. Кроме того, царги 1 и 2 оборудованы дополнительными внутренними змеевиками 9 и 10. Цилиндрические змеевики выполнены из стали Х18Н9Т. Царги и конус реактора изготовлены из той же стали и соединяются между собой с помощью стальных накидных фланцев.

Рис.2.8.13. Полимеризационная колонна

28%-й раствор полимера в мономере после форполимеризатора вводится в верхнюю царгу колонны, расплав готового полимера непрерывно выгружается в шнек-приемкник через штуцер в нижнем конусе аппарата. Скорость движения реакционной массы в аппарате не превышает 0,1 м/час, что, с учетом высоких значений вязкости, свидетельствует о ламинарном характере потока.

При высоте корпуса аппарата свыше 8 м процесс полимеризации длится 30…40 ч, причем температура в реакционном объеме растет от 100 до 200…220 °С.

На рис.2.8.14 приведена конструкция реактора колонного типа для получения Фенолформальдегидных смол непрерывным методом.

Рис.2.8.14. Многосекционная колона для синтеза новолачных смол непрерывным способом

Колонна состоит из расположенных одна над другой секций 1. Мешалки 2 всех секций имеют общий вал 3 и приводятся в движение приводом 5. Вал мешалки свободно проходит из одной секции в другую через вваренные в днище каждой секции патрубки 4. Верхние концы их приподняты над уровнем реакционной массы.

Паровые пространства всех секций колонны сообщаются между собой и соединены штуцером 6 с общим обратным холодильником.

Ввод реагентов осуществляется в верхний загрузочный штуцер 7, а выход готового продукта происходит через штуцер 8, расположенный в нижней части аппарата. Каждая секция реактора снабжена рубашкой 9.

Процесс конденсации протекает в каждой секции ступенчато и состав реакционной смеси изменяется от секции к секции.

Для газофазной полимеризации этилена сконструирован реактор, вид которого показан на рис.2.8.15.

Реактор представляет собой колонный полимеризатор непрерывного действия.

Он состоит из двух зон: зоны полимеризации 1 и зоны сепарации 2. Зона полимеризации 1 представляет собой цилиндрический сосуд 3 диаметром 1,4 м, который снабжен коническим отбортованным днищем 4. В днище тангенциально установлены шесть барботеров 5 для подачи мономера. Днище закрыто крышкой 6 со штуцером 7 для подачи катализатора (хромацен, предварительно нанесенный на специально приготовленный силикагель со средним размером частиц 30 мкм.). Зона полимеризации соединена с зоной сепарации коническим переходником 8.

Рис.2.8.15. Реактор полимеризации этилена в газовой фазе

Зона сепарации 2 представляет собой цилиндрический сосуд 9 диаметром 2,2 м с эллиптической отбортованной крышкой 10. При выходе парогазовой смеси в зону сепарации ее скорость уменьшается, что позволяет снизить унос частиц полиэтилена. Давление в аппарате 2,5 МПа.

Для ввода катализатора в реактор, находящийся под давлением, используется поршневая конструкция, работающая от сжатого газа. Этот узел оказался наиболее капризным при эксплуатации промышленной установки.

Колонные аппараты вытесняющего действия находят также применение в процессах непрерывной полимеризации капролактама (рис.2.8.16).

Реакционный аппарат состоит из трех вертикальных секций, соединенных между собой по принципу сообщающихся сосудов. Первая и вторая секция находятся в одной трубе, снабженной крышкой 1, смотровым стеклом 2 и штуцером для уровнемера 3. Для турбулизации потока массы и во избежание проскока капролактама в нижнюю часть колонны верхняя ее часть снабжена мешалкой 11, а средняя и нижняя – несколькими перфорированными тарелками.

Нагрев колонны осуществляется парами динила до температуры порядка 270 ⁰С через секции нагревательной рубашки 6. Нагревание динила происходит при помощи электропатронов, расположенных в карманах 7.

Рис.2.8.16. Колонный полимеризатор для капролактама

Перепуск реакционной смеси в нижнюю часть второй трубы 4 происходит через соединительный патрубок 10. Труба 5 смонтирована внутри трубы 4. Полимеризующаяся масса поднимается по трубе 4, переливается в верхний открытый конец трубы 5, спускается по ней вниз и выводится из аппарата через штуцер 8, расположенный в коническом днище трубы 5.