Патент на изобретение №2229927

(54) РЕАКТОР

(57) Реферат:

Реактор, содержащий цилиндрический сосуд, имеющий вход жидкости и выход жидкости, и вытянутый в направлении прохождения жидкости, содержащий ведущий вал, установленный соосно с цилиндрическим сосудом, один или более пластинообразных или стержнеобразных перемешивающих элементов, расположенных в направлении, перпендикулярном ведущему валу, отражатели, состоящие из пластин или круглых стержней или их комбинаций, и/или змеевиковые, трубчатые, пластинообразные или спиральные теплообменники, установленные на внутренней боковой стенке реактора. В реакторе собственная частота перемешивающих элементов превышает цифровое значение, при котором перемешивающие элементы начинают вибрировать, причем значение рассчитывается по вязкости раствора в реакторе и скорости вращения и конструкции перемешивающих элементов. В реакторе согласно изобретению вибрации на перемешивающих элементах отсутствуют, так что осуществляется надежная работа. 5 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к реактору, в частности к реактору для получения полимеров. Более конкретно, настоящее изобретение относится к реактору для получения стирольного полимера или стирольного сополимера полимеризацией в растворе или полимеризацией в массе.

Предпосылки создания изобретения

Эмульсионная полимеризация, суспензионная полимеризация, полимеризация в растворе и полимеризация в маcce являются широко известными в качестве способов получения полимеров. В зависимости от способа полимеризации получаемый полимер до некоторой степени отличается по свойствам. Подходящий способ полимеризации поэтому выбирают и применяют в соответствии с желаемым полимером.

В частности, полимеризация в растворе и полимеризация в массе нашли широкое использование, т.к. они являются сырьесберегаюшими и энергосберегающими, и они также позволяют легко решать проблемы загрязнения при применении их в виде замкнутых процессов.

В каждом из процессов полимеризации в растворе и полимеризации в массе, однако, растворение полимера в растворителе дает гомогенную фазовую систему, так что вязкость полимеризационной смеси возрастает с прохождением полимеризации. Другая проблема также заключается в том, что когда масштаб получения полимера увеличивается, зона отвода тепла снижается обратно пропорционально увеличению объема реактора.

В общем случае, однако, трудно отвести тепло, находящееся в реакции полимеризации, из полимеризационной смеси, вязкость которой является высокой. К тому же реактор приводится в такое состояние, что зона, которая не удаляется в течение длительного периода времени, другими словами зона так называемого чрезмерного застоя, имеет тенденцию находиться в реакторе. Когда зона чрезмерного застоя существует, полимер, образованный в данной зоне, является чувствительным к деструкции или гелеобразованию и может налипать внутри реактора. Смешение такого полимера с нормальным полимером приводит к значительному ухудшению качества получаемого полимера.

Для решения этой проблемы был предложен ряд подходов, чтобы избежать существования зоны чрезмерного застоя. Одним из таких подходов является проведение полимеризации без достижения конечной степени полимеризации, т.е. когда вязкость полимеризационной смеси является еще низкой. Согласно такому подходу полимеризационная смесь при переработке является низкой по вязкости, так что зона чрезмерного застоя вряд ли будет иметь место. Указанный подход, однако, рождает новую проблему, заключающуюся в том, что скорость работы реактора снижается.

Другой подход заключается в приложении напряжения сдвига к полимеризационной смеси, так что скорость сдвига вблизи поверхности теплопереноса увеличивается с повышением теплоотводящей способности, а также с предотвращением существования зоны чрезмерного застоя. Данный подход, однако, сопровождается проблемой, заключающейся в том, что когда используется перемешивающий элемент шнекового типа, в реакторе имеет место интенсивное перемешивание, и распределение времени пребывания полимеризационной смеси в реакторе становится шире с интенсивностью перемешивания.

Для решения вышеуказанных проблем предложены реакторы в качестве реакторов полимеризации для переработки жидкости повышенной вязкости, которые имеют узкое распределение времени пребывания, т.е. высокие характеристики пробкового потока, и позволяют даже отводить реакционное тепло.

Указанные реакторы включают, например, реактор, описанный в патенте CШA №2727884, и реактор, описанный в публикации JP-А-04335001. Первый реактор оборудован множеством труб теплообменника и перемешивающими элементами, которые объединены в множество зон. Последний реактор имеет перемешивающие элементы, расположенные с интервалами в множестве зон, и проходы для теплоносителя, предусмотренные между перемешивающими элементами, а также снабжен цилиндрическими теплопередающими элементами, расположенными вокруг периферии ведущего вала.

Реактор, описанный в патенте CШA №2727884, обеспечивает развитие сеткоподобной системы каналов в направлении течения полимера и зоны чрезмерного застоя, когда перемешивание является недостаточным. Поскольку большие зазоры существуют между перемешивающими элементами и соответствующими им трубками теплообменника, реактор имеет другую проблему, заключающуюся в том, что скорость обновления поверхности на и вдоль каждой трубы теплообменника является низкой, приводя к прилипанию получаемого полимера, закупориванию полученным полимером, снижению коэффициента теплопередачи или подобному.

Когда перемешивание проводится с попыткой придания напряжения сдвига для того, чтобы увеличить скорость обновления поверхности на поверхности каждой трубы теплообменника, перемешивающий элемент начинает вибрировать в направлении подъема так называемых вихрей Кармана, полученных от перемешивающего элемента, и при резонансе приходит в контакт с трубой теплообменника, что приводит к напряженному разрушению. Особенно, когда расстояние между трубами теплообменника и перемешивающими элементами является небольшим, такие вибрации явно возникают на перемешивающих элементах.

Поскольку такие вибрации из перемешивающих элементах также возникают на начальной стадии полимеризации во время инициирования и окончания полимеризации и в некоторых случаях во время промывки реактора растворителем или подобным, недостаточное напряжение сдвига может быть приложено в таком реакторе на начальной стадии полимеризации во время инициирования и окончания полимеризации и в некоторых случаях во время промывки реактора растворителем или подобным. Как следствие, контролируемость реакции полимеризации снижается на начальной стадии полимеризации или во время инициирования или окончания полимеризации и при промывке растворителем или подобным, время промывки становится больше.

Реактор, описанный в публикации JP-A-04335001, с другой стороны, имеет проходы для теплоносителя, которые расположены между перемешивающими элементами, расположенными во множестве зон. Система каналов полимера поэтому имеет место по всему цилиндрическому теплопроводящему элементу, расположенному вокруг периферии ведущего вала, или когда скорость течения полимера, проходящего через теплопроводящий элемент, является низкой, скорость обновления поверхности на теплопроводящем элементе является низкой. Как следствие, данный способ включает такую проблему, как налипание полимера, закупорка теплопроводящего элемента или снижение коэффициента теплопроводности.

Для решения вышеуказанных проблем традиционного реактора был предложен в JP-A-11106406 реактор, в котором каждый перемешивающий элемент имеет собственную частоту 40 Гц или выше.

Однако было установлено, что в данном решении перемешивающие элементы, каждый из которых имеет собственную частоту ниже 40 Гц, еще могут использоваться без появления вибраций, зависящих от скорости вращения перемешивающих элементов или вязкости полимерного раствора, и что в данном реакторе даже перемешивающие элементы, каждый из которых имеет собственную частоту 40 Гц или выше, напротив могут развивать вибрации, когда вязкость полимеризационной смеси является низкой, когда скорость вращения является высокой или когда расстояние между трубами теплообменника является небольшим. Благодаря ограничению собственной частоты каждого перемешивающего элемента 40 Гц или выше перемешивающие элементы, каждый из которых имеет излишне большую толщину относительно его ширины, или перемешивающие элементы, каждый из которых имеет большой диаметр, используются даже в таких рабочих условиях, что вибрации не развиваются, даже когда каждый перемешивающий элемент имеет собственную частоту ниже 40 Гц. Также было установлено, что такой реактор имеет другую проблему, заключающуюся в том, что эффективный объем реактора снижается.

Известно явление, когда при увеличении скорости движения объекта через жидкость возникают вихри Кармана, и при совпадении частоты возбуждения в направлении получаемого подъема с собственной частотой объекта, объект развивает резонанс с получением в результате значительного увеличения амплитуды в направлении подъема. Перемешивающие элементы также развивают резонанс и подобное явление, когда скорость вращения увеличивается, и частота встряхивания в направлении подъема совпадает с собственной частотой перемешивающих элементов. Однако скорость вращения каждого перемешивающего элемента является низкой в его нижней части, близкой к ведущему валу, но является высокой в его вершинах. Поэтому было трудно определить, при какой степени скорости вращения перемешивающие элементы не будут развивать вибрации и будут безопасными. Поскольку частота встряхивания также меняется в зависимости от расстояния между трубами теплообменника и смежными с ними перемешивающими элементами и вязкости каждого полимерного раствора, не было сделано еще предложения по разработке безопасного реактора на основе формулы, которая отражает эти условия.

Краткое описание изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание реактора, выполненного так, чтобы отвечать следующим рабочим условиям: не существует зоны чрезмерного застоя в реакторе, отсутствуют вибрации на перемешивающих элементах, и достаточное напряжение сдвига может быть приложено на начальной стадии полимеризации во время инициирования и окончания полимеризации и в некоторых случаях также во время промывки реактора растворителем или подобным.

Другой задачей настоящего изобретения является создание реактора, имеющего высокую регулируемость, достаточную для выполнения объема работы или, наоборот, для обеспечения модификации внутренних перемешивающих элементов с тем, чтобы удовлетворять требуемым рабочим условиям, когда реактор будет использоваться для другой цели в будущем.

Соответственно было проведено широкое исследование для решения вышеуказанных проблем. В результате было установлено существование корреляции между собственной частотой каждого перемешивающего элемента и значением, при котором перемешивающий элемент начинает вибрировать, причем это значение является производным вязкости раствора внутри реактора, скорости вращения перемешивающего элемента и конструкции перемешивающего элемента, что обеспечивает осуществление настоящего изобретения.

Реактор согласно настоящему изобретению содержит цилиндрический сосуд, вытянутый в направлении течения жидкости и снабженный входом жидкости и выходом жидкости, ведущий вал, установленный соосно с цилиндрическим сосудом, и один или более пластинообразных или стержневых перемешивающих элементов, проходящих в направлении, перпендикулярном ведущему валу, причем ведущий вал и перемешивающие элементы расположены внутри цилиндрического сосуда, и отражатели, состоящие из пластин, или стержней, или их комбинаций, и/или змеевиковые, трубчатые, пластинообразные или спиральные теплообменники, причем отражатели и/или теплообменники расположены на внутренней стороне стенки реактора. Реактор отличается тем, что каждый перемешивающий элемент имеет собственную частоту больше значения (К), при котором перемешивающий элемент начинает вибрировать, и значение определяется по следующей формуле:

в которой n – скорость вращения (об/мин) перемешивающего элемента;

R – длина (м) перемешивающего элемента от центра ведущего вала до каждого конца перемешивающего элемента;

D – ширина (м) перемешивающего элемента, спроектированного на плоскость, параллельную ведущему валу, измеренная в направлении ведущего вала;

Н – расстояние (м), измеренное в направлении ведущего вала между центрами ширин пластин, или стержней, или их комбинаций или змеевиковых, трубчатых, пластинообразных или спиральных теплообменников на плоскости, параллельной ведущему валу, и расположенным между ними перемешивающим элементом;

– вязкость (Пз) жидкости внутри реактора.

Реактор согласно настоящему изобретению может быть использован предпочтительно для реакции полимеризации, такой как полимеризация в растворе или полимеризация в массе, особенно для получения стирольного полимера или стирольного сополимера.

В реакторе согласно настоящему изобретению отношение длины (1) цилиндрического сосуда, измеренной в направлении течения жидкости, к его диаметру (d) находится в интервале предпочтительно от 1,1 до 15.

В реакторе согласно настоящему изобретению каждый из перемешивающих элементов может быть выполнен в виде плосколопастной лопатки или шаговой лопастной лопатки, прямоугольной, ромбовидной, вытянутой прямоугольной или эллипсообразной пластины, круглого стержня, срезанного на верхней и нижней его сторонах, или стержня, имеющего треугольную форму в поперечном сечении, которые могут быть факультативно конусными, или могут быть факультативно изогнутыми, или наклонными по отношению к направлению течения жидкости. В реакторе согласно настоящему изобретению D/H в формуле находится в интервале от 0,1 до 0,6.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображена схема устройства, используемого для измерения собственной частоты в настоящем изобретении;

на фиг.2 изображена схема, показывающая реактор согласно одному варианту настоящего изобретения;

на фиг.3 изображено поперечное сечение по стрелкам А-А реактора на фиг.2;

на фиг.4 изображена схема устройства для измерения в настоящем изобретении частоты, при которой каждый перемешивающий элемент начинает вибрировать;

на фиг.5 изображена схема каждого перемешивающего элемента, который использован в примере 5 и в примере 6, как видно с плоскости, перпендикулярной ведущему валу;

на фиг.6 изображена схема каждого перемешивающего элемента, который использован в примере 5 и в примере 6, как видно с одного из его концов;

на фиг.7 изображен график скорости вращения, при которой каждый перемешивающий элемент в примере 1 начинает вибрировать, по отношению к ширине (D) перемешивающего элемента, спроектированного на плоскость, параллельную ведущему валу, как измерено в направлении ведущего вала;

на фиг.8 изображен график скорости вращения, при которой каждый перемешивающий элемент в примере 2 начинает вибрировать, по отношению к ширине (D) перемешивающего элемента, спроектированного на плоскость, параллельную ведущему валу, как измерено в направлении ведущего вала;

на фиг.9 изображен график скорости вращения, при которой каждый перемешивающий элемент в примере 3 начинает вибрировать, по отношению к ширине (D) перемешивающего элемента, спроектированного на плоскость, параллельную ведущему валу, как измерено в направлении ведущего вала;

на фиг.10 изображен график скорости вращения, при которой каждый перемешивающий элемент в примере 4 начинает вибрировать, по отношению к ширине (D) перемешивающего элемента, спроектированного на плоскость, параллельную ведущему валу, как измерено в направлении ведущего вала;

на фиг.11 изображен график скорости вращения, при которой каждый перемешивающий элемент в примере 5 начинает вибрировать, по отношению к ширине (D) перемешивающего элемента, спроектированного на плоскость, параллельную ведущему валу, как измерено в направлении ведущего вала;

на фиг.12 изображен график скорости вращения, при которой каждый перемешивающий элемент в примере 6 начинает вибрировать, по соотношению к ширине (D) перемешивающего элемента, спроектированного на плоскость, параллельную ведущему валу, как измерено в направлении ведущего вала.

Наилучший вариант осуществления изобретения

В настоящем изобретении реактор, состоящий из цилиндрического сосуда, вытянутого в направлении течения жидкости, может иметь отношение длины (l), измеренной в направлении течения жидкости, к диаметру (d) l/d, предпочтительно от 1,1 до 15, более предпочтительно от 1,5 до 10, особенно предпочтительно от 2 до 8.

Перемешивающие элементы расположены вблизи отражателей, состоящих из пластин, или стержней, или их комбинаций, или теплообменников, например змеевиковых, трубчатых, пластинообразных или спиральных теплообменников.

Предпочтительно его отношение D/H находится в интервале от 0,1 до 0,6, причем интервал от 0,2 до 0,5 является более предпочтительным.

В настоящем изобретении каждый из перемешивающих элементов, по существу перпендикулярный ведущему валу, может быть выполнен, например, в виде плосколопастной лопатки или шаговой лопастной лопатки, прямоугольной, ромбовидной, вытянутой прямоугольной или эллипсообразной пластины, круглого стержня, срезанного на верхней и нижней его сторонах, или стержня, имеющего треугольную форму в поперечном сечении, которые могут быть факультативно конусными, или могут быть факультативно изогнутыми, или наклонными по отношению к направлению течения жидкости.

Мономерами, которые могут быть подвергнуты полимеризации в растворе или полимеризации в мacce в полимеризационном реакторе в предпочтительном варианте настоящего изобретения, являются, например, этилен и пропилен и алкенилароматические соединения, такие как стирол, альфа-метилстирол, стиролы, имеющие алкилзамещенные бензольные кольца, например орто-, мета- и параметилстиролы и орто-, мета- и параэтилстиролы, и стиролы, имеющие галогенированные бензольные кольца, например орто-, мета- и парахлорстиролы и орто-, мета- и парабромстиролы. Эти мономеры могут быть использованы либо в отдельности, либо в комбинации. К таким мономерам могут быть добавлены один или более сополимеризующихся мономеров, таких как акрилонитрил и метакриловые сложные эфиры. Кроме того, каучуковые полимеры, например полибутадиен, сополимеры бутадиена и стирола, акрилонитрила и метилметакрилата, натуральный каучук, полихлоропрен, этиленпропиленовый сополимер и сополимеры этиленпропилендиенового мономера также могут быть использованы в виде растворов, растворенных в мономерах. Кроме того, реактор согласно настоящему изобретению может быть также применен для получения полимеров, способных к реакциям присоединения, и полимеров, способных к реакциям поликонденсации, таких как полиамиды и сложные полиэфиры.

Настоящее изобретение теперь будет описано подсобно с ссылкой на чертежи.

Как показано на фиг.1, в устройстве для измерения собственной частоты каждого перемешивающего элемента перемешивающий элемент 1, длина которого равна длине от действующего ведущего вала до каждого конца перемешивающего элемента, фиксированно крепится, и датчик ускорения 2 монтируется на конце перемешивающего элемента 1. Начальное передвижение сообщают перемешивающему элементу рукой, и полученную собственную частоту перемешивающего элемента измеряют усилителем 3.

Реактор согласно одному варианту настоящего изобретения будет описан со ссылкой на фиг.2 и фиг.3. На фиг.3 представлено горизонтальное поперечное сечение по направлению стрелок А-А на фиг.2. Цилиндрический реактор 4, вытянутый в направлении течения полимеризационной смеси, снабжен на его наружной стенке рубашкой 5, и ведущий вал 6 установлен в реакторе 4 так, что ведущий вал 6 проходит соосно с реактором 4. На ведущем валу 6 перемешивающие элементы 1 расположены с определенными интервалами во множестве зон, так что перемешивающие элементы 1 проходят в направлении, перпендикулярном ведущему валу 6.

Между перемешивающими элементами 1, которые являются смежными друг другу в направлении полимеризационной смеси в реакторе 4, змеевиковые, трубчатые, пластинообразные или спиральные теплообменники, которые расположены параллельно перемешивающим элементам 1 и являются подобным теплообменнику 7, показанному на фиг.3, установлены с определенными интервалами во множестве зон, как показано на фиг.2. Теплообменники 7 соединены с рубашкой 5, так что теплоноситель 8 (например, вода или используемый теплоноситель) проходит через теплообменники 7.

Теплообменники 7 имеют распределительное действие и, кроме того, могут отводить тепло полимеризации. Отражатели, образованные пластинами или стержнями, которые имеют распределительное действие, или их комбинации могут быть использованы вместо теплообменников 7.

Один или более перемешивающих элементов 1, которые установлены с определенными интервалами во множестве зон на ведущем валу 6, могут быть расположены в зоне. Каждый перемешивающий элемент 1 может быть выполнен в виде плосколопастной лопатки или шаговой лопастной лопатки, прямоугольной, ромбовидной, вытянутой прямоугольной или эллипсообразной пластины, круглого стержня, срезанного на верхней и нижней его сторонах, или стержня, имеющего треугольную форму в поперечном сечении, которые могут быть факультативно конусными, или могут быть факультативно изогнутыми, или наклонными по отношению к направлению течения полимеризационной смеси.

Перемешивающим элементом, показанным а виде примера на фиг.5, является конусный круглый стержень, который создан на его верхней и нижней сторонах, как видно в направлении прохождения жидкости. На фиг.6 показана форма перемешивающего элемента 1, как видно в направлении от одного из его концов.

В качестве расстояния между перемешивающим элементом 1 и теплообменником 7 выбирается расстояние, необходимое для установления D/H при 0,1-0,6, особенно при 0,2-3,5. Отношение D/H меньше нижнего предела обеспечивает в результате низкую скорость обновления поверхности, вызывая поэтому прилипание полученного полимера, закупорку, снижение характеристики теплопередачи или подобное.

Как показано на фиг.4, устройство для измерения частоты перемешивающих элементов выполнено посредством создания секции реактора 4, установки в нем ведущего вала 6 и размещения перемешивающих элементов в зонах 1-3, так что перемешивающие элементы 1 идут в направлении, перпендикулярном ведущему валу 6. Кроме того, теплообменники 7 размещены между перемешивающими элементами 1, которые являются смежными друг с другом в направлении прохождения жидкости, так что теплообменники 7 проходят параллельно перемешивающим элементам 1. При определенной вязкости перемешивающие элементы вращаются с определенной скоростью вращения, и состояние вибрации одного из перемешивающих элементов было сфотографировано высокоскоростной камерой 10 через смотровое окно 9 в боковой стенке реактора 4.

Настоящее изобретение затем будет описано более подробно на основе следующих примеров. Однако настоящее изобретение не ограничивается только указанными примерами.

Пример 1

Используют три типа перемешивающих элементов в форме круглых стержней. Длина (R) каждого перемешивающего элемента от центра ведущего вала до конца перемешивающего элемента равна 840 мм. Расстояние (Н), измеренное в направлении ведущего зала, между центрами ширин змеевиковых теплообменников, которые были спроектированы на плоскость, параллельную ведущему валу, и расположенным между ними одним из перемешивающих элементов, равна 85 мм. Диаметры (D) круглых стержней (ширины перемешивающих элементов, спроектированных на плоскость, параллельную ведущему валу) равны 25 мм, 30 мм и 35 мм соответственно. Определяют собственную частоту трех типов перемешивающих элементов. В результате установленно, что они равны 40 Гц, 48 Гц и 56 Гц соответственно.

Вязкость полимерного раствора корректируют до 0,02 Пз при растворении гранул полистирола в этилбензоле, который обычно используют в производстве полистирола. Скорости вращения перемешивающих элементов варьируют с расчетом их скоростей вращения, так что значения (К), при которых соответствующие типы перемешивающих элементов начинают вибрировать, становятся равными собственным частотам соответствующих типов перемешивающих элементов. В результате скорости вращения будут равны 31,2 об/мин, 40,6 об/мин и 49,5 об/мин соответственно, как показано в таблице.

При использовании устройства, изображенного на фиг.4, проводят фактическое наблюдение за соответствующими типами перемешивающих элементов с определением скоростей вращения, при которых они начинают вибрировать. В результате скорости вращения оказываются равными 32 об/мин, 42 об/мин и 53 об/мин соответственно, как показано в таблице.

Диаметры перемешивающих элементов и скорости вращения, при которых перемешивающие элементы начинают вибрировать, отмечают на графике, показанном на фиг.7. Штриховая линия показывает корреляцию между диаметром круглых стержней и скоростью вращения, при которой начинается вибрация, рассчитанной в соответствии с настоящим изобретением, тогда как сплошная линия обозначает корреляцию между диаметром (D) круглых стержней и скоростью вращения, при которой начинаются наблюдаемые вибрации. Полученные кривые показывают, что надежная работа является осуществимой, когда собственная частота (Гц) перемешивающих элементов превышает значение (К), при котором перемешивающие элементы начинают вибрировать.

Пример 2

Используют три типа перемешивающих элементов в форме круглых стержней. Вязкость полимерного раствора корректируют до 3,3 Пз. В условиях, аналогичных примеру 1, скорости вращения соответствующих типов перемешивающих элементов варьируют с расчетом их скоростей вращения, так что значения (К), при которых соответствующие типы перемешивающих элементов начинают вибрировать, становятся равными собственным частотам соответствующих типов перемешивающих элементов. Результаты показаны в таблице.

При использовании устройства, представленного на фиг.4, проводят фактическое наблюдение за соответствующими типами перемешивающих элементов с определением скоростей вращения, при которых они начинают вибрировать. Результаты показаны в таблице.

Диаметры (D) круглых стержней и скорости вращения, при которых круглые стержни начинают вибрировать, отмечают на графике, показанном на фиг.8. Полученные кривые показывают, что надежная работа является осуществимой, когда собственная частота (Гц) перемешивающих элементов превышает значение (К), при котором перемешивающие элементы начинают вибрировать.

Пример 3

Используют три типа перемешивающих элементов в форме круглых стержней. Длина (R) каждого перемешивающего элемента от центра ведущего вала до конца перемешивающего элемента равна 1300 мм. Расстояние (Н), измеренное в направлении ведущего вала, между центрами ширин змеевиковых теплообменников, которые были спроектированы на плоскость, параллельную ведущему валу, и расположенным между ними одним из перемешивающих элементов, равна 95 мм. Диаметры (D) круглых стержней (ширины перемешивающих элементов, спроектированных на плоскость, параллельную ведущему валу) равны 25 мм, 30 мм и 35 мм соответственно. Определяют собственные частоты трех типов перемешивающих элементов. Результаты показаны в таблице. Вязкость полимерного раствора корректируют до 0,01 Пз. Скорости вращения соответствующих типов перемешивающих элементов варьируют с расчетом их скоростей вращения, так что значения (К), при которых соответствующие типы перемешивающих элементов начинают вибрировать, становятся равными собственным частотам соответствующих типов перемешивающих элементов. Результаты показаны в таблице.

При использовании устройства, изображенного на фиг.4, проводят фактическое наблюдение за соответствующими типами перемешивающих элементов с определением скоростей вращения, при которых они начинают вибрировать. Результаты показаны в таблице.

Диаметры: (D) круглых стержней и скорости вращения, при которых круглые стержни начинают вибрировать, отмечают на графике, показанном на фиг.9. Полученные кривые показывают, что надежная работа является осуществимой, когда собственная частота (Гц) перемешивающих элементов превышает значение (К), при котором перемешивающие элементы начинают вибрировать.

Пример 4

Используют перемешивающие элементы в форме круглых стержней. Вязкость полимерного раствора корректируют до 3,3 Пз. В условиях, аналогичных примеру 3, скорости вращения соответствующих типов перемешивающих элементов варьируют с расчетом их скоростей вращения, так что значения (К), при которых соответствующие типы перемешивающих элементов начинают вибрировать, становятся равными собственным частотам соответствующих типов перемешивающих элементом. Результаты показаны в таблице.

При использовании устройства, представленного на фиг.4, проводят фактическое наблюдение за соответствующими типами перемешивающих элементов с определением скоростей вращения, при которых они начинают вибрировать. Результаты показаны в таблице.

Диаметры (D) круглых стержней и скорости вращения, при которых круглые стержни начинают вибрировать, отмечают на графике, представленном на фиг.10. Полученные кривые показывают, что надежная работа является осуществимой, когда собственная частота (Гц) перемешивающих элементов превышает значение (К), при котором перемешивающие элементы начинают вибрировать.

Пример 5

Используют три типа перемешивающих элементов, как показано на фиг.5 и фиг.6. Каждый перемешивающий элемент изготавливают, срезая круглый стержень на его верхней и нижней сторонах, причем стержень имеет диаметр в два раза больше ширины (D) перемешивающего элемента, спроектированного на плоскость, параллельную ведущему валу, как измерено в направлении ведущего вала, и при конусности круглого стержня к его концу. Длина (R) каждого перемешивающего элемента от центра ведущего вала до конца перемешивающего элемента равна 840 мм. Расстояние (Н), измеренное в направлении ведущего вала, между центрами ширин змеевиковых теплообменников, которые были спроектированы на плоскость, параллельную ведущему валу, и расположенным между ними одним из перемешивающих элементов, равно 85 мм. Ширины (D) перемешивающих элементов, спроектированных на плоскость, параллельную ведущему валу, как измерено в направлении ведущего вала, равны 25 мм, 30 мм и 35 мм соответственно. Определяют собственные частоты перемешивающих элементов. Результаты показаны в таблице. Вязкость корректируют до 10,8 Пз. Скорости вращения соответствующих типов перемешивающих элементов варьируют с расчетом их скоростей вращения, так что значения (К), при которых соответствующие типы перемешивающих элементов начинают вибрировать, становятся равными собственным частотам соответствующих типов перемешивающих элементов. Результаты показаны в таблице.

При использовании устройства, изображенного на фиг.4, проводят фактическое наблюдение за соответствующими типами перемешивающих элементов с определением скоростей вращения, при которых они начинают вибрировать. Результаты показаны в таблице. Ширины перемешивающих элементов, спроектированных на плоскость, параллельную ведущему валу, как измерено в направлении ведущего вала, и скорости вращения, при которых перемешивающие элементы начинают вибрировать, отмечают на графике, показанном на фиг.11. Полученные кривые показывают, что надежная работа является осуществимой, когда собственная частота (Гц) перемешивающих элементов превышает значение (К), при котором перемешивающие элементы начинают вибрировать.

Пример 6

Используют перемешивающие элементы, как показано на фиг.5 и фиг.6. Каждый перемешивающий элемент изготавливают, срезая круглый стержень на его верхней и нижней сторонах, причем стержень имеет диаметр в два раза больше ширины (D) перемешивающего элемента, спроектированного на плоскость, параллельную ведущему валу, как измерено в направлении ведущего вала, и при конусности круглого стержня к его концу. Длина (R) каждого перемешивающего элемента от центра ведущего вала до каждого конца перемешивающего элемента равна 1300 мм. Расстояние (Н), измеренное в направлении ведущего вала, между центрами ширин змеевиковых теплообменников, которые были спроектированы на плоскость, параллельную ведущему валу, и расположенным между ними одним из перемешивающих элементов, равно 95 мм. Ширины (D) перемешивающих элементов, спроектированных на плоскость, параллельную ведущему валу, как измерено в направлении ведущего вала, равны 25 мм, 30 мм и 35 мм соответственно. Определяют собственные частоты перемешивающих элементов. Результаты показаны в таблице. Вязкость корректируют до 3,3 Пз. Скорости вращения соответствующих типов перемешивающих элементов варьируют с расчетом их скоростей вращения, так что значения (К), при которых соответствующие типы перемешивающих элементов начинают вибрировать, становятся равными собственным частотам соответствующих типов перемешивающих элементов. Результаты показаны в таблице.

При использовании устройства, изображенного на фиг.4, проводят фактическое наблюдение за соответствующими типами перемешивающих элементов с определением скоростей вращения, при которых они начинают вибрировать. Результаты показаны в таблице. Ширины перемешивающих элементов, спроектированных на плоскость, параллельную ведущему валу, как измерено в направлении ведущего вала, и скорости вращения, при которых перемешивающие элементы начинают вибрировать, отмечают на графике, представленном на фиг.12.

Полученные кривые показывают, что надежная работа является осуществимой, когда собственная частота (Гц) перемешивающих элементов превышает значение (К), при котором перемешивающие элементы начинают вибрировать.

В реакторе согласно настоящему изобретению напряжение сдвига может быть приложено при перемешивании с исключением любой зоны чрезмерного застоя. Кроме того, расстояние между каждым перемешивающим элементом и действующим вместе с ним отражателем или теплообменником может быть уменьшено для предотвращения прилипания полимера или снижения коэффициента теплопередачи. В традиционных реакторах любая попытка увеличить скорость вращения включает потенциальную проблему, такую как напряженное разрушение перемешивающих элементов или контакт перемешивающих элементов с трубами теплообменника из-за вибрации перемешивающих элементов. В реакторе согласно настоящему изобретению, однако, вибрации на перемешивающих элементах отсутствуют, так что осуществляется надежная работа.

Формула изобретения

1. Реактор, содержащий цилиндрический сосуд, вытянутый в направлении прохождения жидкости и снабженный входом жидкости и выходом жидкости, ведущий вал, установленный соосно с цилиндрическим сосудом, и один или более пластинообразных или стержнеобразных перемешивающих элементов, расположенных в направлении, перпендикулярном ведущему валу, причем ведущий вал и перемешивающие элементы расположены внутри цилиндрического сосуда, и отражатели, состоящие из пластин, или круглых стержней, или их комбинаций, и/или змеевиковые, трубчатые, пластинообразные или спиральные теплообменники, причем отражатели и/или теплообменники расположены на внутренней стороне стенки реактора, отличающийся тем, что каждый из перемешивающих элементов имеет собственную частоту больше значения К, при котором перемешивающий элемент начинает вибрировать, и это значение определяется по следующей формуле:

в которой n – скорость вращения перемешивающего элемента, об/мин;

R – длина перемешивающего элемента от центра ведущего вала до каждого конца перемешивающего элемента, м;

D – ширина перемешивающего элемента, спроектированного на плоскость, параллельную ведущему валу, измеренная в направлении ведущего вала, м;

Н – расстояние, измеренное в направлении ведущего вала между центрами ширин пластин или круглых стержней или их комбинаций или змеевиковых, трубчатых, пластинообразных или спиральных теплообменников, которые спроектированы на плоскость, параллельную ведущему валу, и расположенным между ними перемешивающим элементом, м;

– вязкость жидкости внутри реактора, П.

2. Реактор по п.1, который представляет собой полимеризационный реактор.

3. Реактор по п.1, который представляет собой полимеризационный реактор для получения стирольного полимера или стирольного сополимера.

4. Реактор по п.1, в котором отношение его длины (1), как измерено в направлении прохождения жидкости, к его диаметру (d) находится в интервале 1,1-15.

5. Реактор по п.1, в котором каждый из перемешивающих элементов выполнен в виде плосколопастной лопатки или шаговой лопастной лопатки, прямоугольной, ромбовидной, вытянутой прямоугольной или эллипсообразной пластины, круглого стержня, срезанного на верхней и нижней его сторонах, или стержня, имеющего треугольную форму в поперечном сечении, которые выполнены изогнутыми, наклонными или конусными.

6. Реактор по п.1, в котором D/H в указанной формуле находится в интервале 0,1-0,6.

РИСУНКИ