Результат интеллектуальной деятельности: ПРИЕМНИК ВАКУУМНОГО КАМЕРНОГО РЕАКТОРА СИНТЕЗА ГЛИКОЛИДА И ЛАКТИДА

Изобретение относится к устройству промышленного синтеза мономеров гликолида и лактида, применяемых в качестве сырья для получения биоразлагаемых полимеров различного состава. Полигликолидные биоразлагаемые полимеры находят широкое применение в медицине в качестве шовного материала, биоимплантов, для создания медицинских препаратов пролонгированного действия, а также упаковочного материала. Приемник вакуумного камерного реактора (далее приемник ВКР) является составной частью вакуумного камерного реактора синтеза мономеров гликолида и лактида. Получение мономеров основано на протекании реакции деполимеризации гликолида или лактида из олигомера соответствующей кислоты в камерном модуле реактора синтеза гликолида и лактида и поступлении газообразного мономера-сырца в приемник ВКР, где происходит его конденсация.

Известны конденсаторы-холодильники различных конструкций, которые служат для конденсации паров и охлаждения продуктов до температуры, обеспечивающей незначительные потери их от испарения. Конденсаторы-холодильники выполняют две функции – конденсируют пары и затем охлаждают конденсат. Конденсаторы-холодильники применяются трех конструкций: а) трубчатые, б) змеевиковые, в) комбинированные.

Известны погружные конденсаторы-холодильники (Фарамазов С.А. Эксплуатация оборудования нефтеперерабатывающих заводов), которые представляют собой трубные змеевики, погруженные в металлический прямоугольный ящик, в который непрерывно поступает охлаждающая вода. В змеевики подается конденсируемая или охлаждаемая среда. Для конденсаторов змеевики подключают несколькими параллельными потоками посредством коллектора. Указанные аппараты работают при условном давлении от 1,6 до 6,4 МН/м² в трубном или межтрубном пространстве и в пределах рабочих температур от минус 30°С до плюс 450°С.

Основным недостатком теплообменников такой конструкции является плохая восприимчивость к температурным напряжениям. Конденсируемая фаза протекает по внутреннему змеевику, что не подходит под описываемый процесс конденсации мономера-сырца и приводит к забивке трубного пространства.

В комбинированном конденсаторе-холодильнике (Закгейм И.Г. Производство этилового эфира) в верхней части корпуса помещена трубчатка для конденсации паров, а в нижней - змеевик для охлаждения конденсата. Подлежащий конденсации пар поступает в межтрубное пространство, где конденсируется. Теплый конденсат с нижней трубной решетки трубчатки перетекает через штуцер и соединительное колено в змеевик, где дополнительно охлаждается. Вода движется противотоком, снизу вверх. Указанная конструкция также не подходит для процесса сбора продукта реакции деполимеризации олигомеров молочной или гликолевой кислоты, т.к. требуется поддерживать сконденсированный продукт в нагретом состоянии и при этом снизить процент потерь за счет улетучивания.

Известен способ получения новолачных олигомеров (Воробьев В.А., Андрианов Р.А., Технология полимеров, 1990 г.), в котором описывается, как парогазовая смесь из варочного аппарата, снабженного якорной и рамочной мешалкой и паровой рубашкой, поступает в холодильник, представляющий собой поверхностный трубчатый конденсатор, охлаждаемый водой. Трубчатый конденсатор представляет собой систему стальных или медных трубок в стальных трубчатых решетках, вставленную в стальной кожух и закрытую с обоих концов стальными обечайками. Поверхность охлаждения должна составлять 10-15 м² на 1 м³ объема котла. Допустимое давление в трубках – 0,4 МПа, а предельная температура нагрева 180°С.

Недостатками такой конструкции являются одна температурная зона конденсации, работа под давлением, а не в вакууме, потери при уносе несконденсированного вещества, неконтролируемое охлаждение конденсата, приводящее к затвердеванию в аппарате.

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции приемника ВКР, обеспечивающая полноту конденсации продукта (мономера-сырца лактида или гликолида), которая достигается за счет наличия трех контуров теплообмена парогазовой смеси, выходящей из камерного модуля вакуумного камерного реактора.

Поставленная задача решается тем, что конструкция приемника ВКР получения гликолида и лактида представляет собой емкость с тремя контурами теплообмена, 220-260°С (1) в месте ввода парогазовой смеси (4), 90-130°С в наружной периферийной кольцевой полости аппарата (2), содержащей систему стальных трубок (5), 70-110°С в верхней части приемника (3) для повторного улавливания паров мономеров, и сборником продукта в нижней части аппарата (6), поддерживающей мономер в состоянии расплава при остаточном давлении 1-5 мм рт.ст.

Конструкция приемника ВКР получения гликолида и лактида иллюстрируется чертежом, где цифрами обозначено:

1 – контур теплообмена №1 220 -260°С,

2 – контур теплообмена №2 90-130°С,

3 – контур теплообмена №3 70-110°С,

4 – ввод парогазовой смеси,

5 – система стальных трубок для дополнительной конденсации продукта,

6 – нижняя часть аппарата, где происходит сбор продукта.

Особенностью данного аппарата является то, что в приемнике ВКР происходит трехступенчатое охлаждение выходящей из камерного модуля вакуумного камерного реактора парогазовой смеси, имеющей температуру 270-280°С, с выделением и накоплением в нижней зоне аппарата концентрата сконденсированных паров в виде расплава.

Парогазовая смесь ПГС (температура смеси 270-280°С) тангенциально вводится в верхнюю зону периферийной кольцевой полости аппарата через штуцер. Парогазовая смесь, охлаждаемая с двух сторон кольцевого зазора нисходящим закрученным потоком, поступает в нижнюю зону приемника ВКР. Сконденсировавшиеся продукты в виде нисходящей пленки накапливаются в нижней части в виде расплава. Одновременно осуществляется сепарация капель за счет расширенного объема камеры накопления и изменения на 180° направления движения охлаждаемой ПГС.

Сепарированный поток парогазовой смеси поднимается вверх и поступает в вертикально установленные трубки приемника ВКР, где происходит вторая ступень охлаждения и конденсации в режиме противотока. Сконденсированные остатки в виде пленки стекают вниз и дополнительно накапливаются в нижней накопительной части приемника ВКР.

Поток ПГС, выходящий из приемника ВКР, поступает в расширительную камеру, расположенную в верхней части, где происходит сепарация уносимых потоком инертного газа каплеообразных продуктов и возврат их в накопительную зону приемника ВКР в виде стекающей вниз пленки целевых продуктов.