183039. lajstromszámú szabadalom • Berendezés exoterm reakciók, különösen szuspenziós, emulziós, vagy tömbpolimerizációk megvalósítására
1 183 039 2 A találmány berendezés exoterm reakciók, különösen szuszpenziós, emulziós, oldószeres vagy tömbpolimerizációk megvalósítására, amelyek során nagy reakcióhő keletkezik. A polimerizációs reakciók, mint például a vinilklorid szuszpenziós polimerizációja, 0,8 és 1,2 MPa közötti nyomáson 40 °C és 80 °C közötti hőmérsékleten (a polimer kívánt típusától és jellemzőjétől függően) egy hűtőköpennyel, ill. duplikátorral ellátott nyomásreaktorban mennek végbe. A duplikátoron átfolyó technológiai hűtőfolyadék a polimerizáció során keletkezett többlethő elvezetésére szolgál. A duplikátorral történő hűtés hatásfoka azonban a reaktor geometriai méreteitől, különösen átmérőjének és magasságának arányától függ. Általában a polimerizáció során keletkezett többlethő elvezetése a duplikátor segítségével a reaktorok 15-20 m3-es térfogatáig elegendő. A polimerek, mint például szuszpenziós és emulziós vinilkloridok, nyersgumi stb. ún. tömeges felhasználása és a gazdasági okok következtében megnőtt a polimerizációs tér szisztematikus növelésének igénye. A világon jelenleg max. 200 m3-es térfogatú reaktorokat helyeznek üzembe. A reaktorok geometriai méreteinek szisztematikus növelésekor ezen méretek aránya mindig meghaladja azt a határt, amelynél a duplikátorral történő hűtés már nem hatásos. À reaktor köpenyével történő hőelvezetést magát is korlátozzák a reaktoron belüli hidrodinamikus feltételek, azaz a keverés, a plattírozott reaktorfal vastagsága és a duplikátor hőátadási tényezője. További korlátozó tényezőt jelent a hűtőfolyadék hőmérsékleti különbsége is, amit gyakran a hatékony vízhűtés lehetőségei és hűtőberendezései is korlátoznak. A vinilklorid és más monomerek polimerizációjának modem technológiája olyan reakció, indítók kombinációjának alkalmazására épül, amelyek lehetővé teszik a polimerizációs ciklus lényeges megrövidítését. Ez ismét a reakció során fellépő hő intenzív fejlesztését okozza és növeli a reakció során fellépő hő elvezetésének, ill. a hőcserélő felületek nagyságának igényét. A nagy belső terű reaktorok új típusainál az említett problémát a reaktorfalon keresztül történő hőelvezetésen kívül a reaktorfalon keresztül nem elvezethető reakciós hő további elvezetésével oldják meg a monomer forralásával és gőzének a viszszafolyó hűtőben történő kondenzálásával. Ez az elv közismert és iparilag hasznosított. Fennáll itt még egy másik, meggondolandó tényező is, éspedig az a körülmény, hogy a reakció során keletkező hő nem teljesen egyenletes, vagyis ez a hő a folyamat egy bizonyos fázisában egy maximális értéket ér el és a hűtés ebben a fázisban túlnyomórészt a monomergőzök elpárologtatásával és a visszafolyó hűtőben történő kondenzálásával történik. A visszafolyó hűtővel ellátott nagy terű reaktorok üzemeltetésekor nyert tapasztalatok azonban arra utaltak, hogy a visszafolyó hűtők alkalmazása is egy sor új problémát vet fel, amelyek különösen a hűtőnek a polimer által történő eltömítésével kapcsolatosak, mivel a polimer a reagáló komponensek habosodásának, a reakció-indítók illékonyságának és a rákövetkező polimerizáció következtében megnő. A hűtő polimerizálódása miatt nemcsak a reakció során keletkezett hő elvezetésének hatékonysága csökken, ami a termék minőségét közvetlen módon befolyásolja, hanem egyidejűleg nehézségek is lépnek fel a hűtőberendezéssel kapcsolatban. Ideális tehát az az állapot lenne, ahol a reaktor egész belső terét lehetne hűteni a visszafolyó hűtő alkalmazása nélkül. Ez azonban a reaktorok évi több száz tonna/m3 termelésigénye mellett nem valósítható meg. Ezért törekednek mind jobban arra, hogy optimalizálják a hőelvezetést a nagy terű reaktorokból, és különösen hogy javítsák a reaktorfal hőátadási tényezőjét. Jelentős fejlődést hoz ebben az irányban a berendezés exomterm reakciók, különösen szuszpenziós, emulziós, oldószeres és tömbpolimerizációk megvalósítására, amely egy iceverőszerkezettel ellátott henger alakú reaktor hűtőduplikátorral, ill. visszafolyó hűtővel. A duplikátor egy félcsőből van kialakítva, amely a belső reaktorköpenyre csavarformában van feltekerve és felhegesztve. A berendezés azzal jellemezhető, hogy a duplikátor egy többjáratú csavarvonalként, különösen egy duplajáratú csavarvonalként vagy általában páros számú járatokkal ellátott csavarvonalként van kialakítva. A páratlan számú járatok félcsövei a reaktorköpeny külső kerületéhez, míg a páros számú járatok félcsövei réses elrendezésben a páratlan számú járatok félcsöveinek oldalfelületéhez vannak felhegesztve. A csavarvonal egyes járatai vagy párhuzamosan, vagy egymás után vannak egy vagy több hűtőközeg forrásához csatlakoztatva. Az összes csavarvonaljárat félcsöveinek átfolyási keresztmetszete, valamint a csavarvonal összes járatának menetemelkedése azonos. Az egyes csavarvonaljáratok egymás után vagy párhuzamosan csatlakoztathatók egy vagy több hűtő- vagy fűtőközeg forrásához. Az egy- vagy többjáratú csavarvonalak ezen túlmenően a hűtőközeg saját be- és elvezetésével ellátott több szekcióra oszthatók. Ezek a szekciók vagy egymás után, vagy párhuzamosan, ill. részben párhuzamosan és részben egymás után csatlakoznak egy vagy több hűtőközeg forrásához. Ily módon egy sor további szerkezeti eltérés érhető el, amelyekkel lehetővé válik a reaktorfalon keresztül történő hőátadás érzékeny és a helyi igényeknek megfelelő irányítása, valamint optimális feltételek biztosítása a folyamat lefolyásához és az egyenletes hőelosztáshoz a reaktorfal mentén tengelyirányban. Ezáltal különösen azokon a területeken valósul meg a reakció során keletkezett hő intenzívebb elvezetése, ahol az szükséges, mint pl. a folyékony és gáznemű fázis érintkezési területe a reakciókeverék tükrén, amivel ismét csökkenthető a habtermelődés és a visszafolyó hűtő elárasztása. A találmány szerinti berendezés kiviteli példájának vázlata látható a mellékelt rajzokon, ahol az l.ábra egy visszafolyó hűtővel és egy egyszerű egyjáratú csavarvonalként kialakított duplikátorral ellátott polimerizációs reaktor felépítését mutatja részben függőleges hosszmetszetben és részben oldalnézetben, a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
