Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2126713C1 - Apparatus for synthesis of organochlorine silanes in fluidized bed - Google Patents

Apparatus for synthesis of organochlorine silanes in fluidized bed Download PDF

Info

Publication number
RU2126713C1
RU2126713C1 RU96114727A RU96114727A RU2126713C1 RU 2126713 C1 RU2126713 C1 RU 2126713C1 RU 96114727 A RU96114727 A RU 96114727A RU 96114727 A RU96114727 A RU 96114727A RU 2126713 C1 RU2126713 C1 RU 2126713C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluidized bed
synthesis
inner diameter
sections
ratio
Prior art date
Application number
RU96114727A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96114727A (en
Inventor
В.В. Вавилов
Г.И. Судьяров
А.Н. Поливанов
Original Assignee
Государственный научный центр Российской Федерации Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственный научный центр Российской Федерации Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений filed Critical Государственный научный центр Российской Федерации Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений
Priority to RU96114727A priority Critical patent/RU2126713C1/en
Publication of RU96114727A publication Critical patent/RU96114727A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2126713C1 publication Critical patent/RU2126713C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: heat-mass transfer apparatuses for conduction of processes in fluidized bed; may be used in organosilicon industry for production of organochlorine silanes by direct synthesis from silicon-containing contact mass under the influence of alkyl chlorine in fluidized bed, and in other industries for conduction of processes with use of fluidized bed. SUBSTANCE: apparatus includes vertical body having sections in the form of cylinders and truncated right and reversed cones; gas distributor and heat exchanger installed inside body; means for supply of raw materials and discharge of synthesis products. Body consists of successively installed three sections, and lower one is in the form of truncated reversed cone with an angle of inclination of generator to vertical axis of 5-7.5 dwg; the middle section is in the form of cylinder whose height-inner diameter ratio is 0.8-1.3; the upper section is in the form of truncated right cone whose height-total height of lower and middle sections is 2-4; ratio of inner diameters of lower and upper end faces of cone equals 0.8-1.2, inner diameter of cylinder section-inner diameter of body lower end faces equals 1.2-2. EFFECT: higher productivity of apparatus and selectivity of synthesis process. 1 dwg, 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к тепломассообменным аппаратам для проведения процессов в кипящем слое и может быть использовано в кремнийорганической промышленности для получения органохлорсиланов прямым синтезом из кремнийсодержащей контактной массы под воздействием хлористого алкила в кипящем слое, а также в других отраслях промышленности для проведения процессов с использованием кипящего слоя. The present invention relates to heat and mass transfer apparatus for carrying out processes in a fluidized bed and can be used in the organosilicon industry for the production of organochlorosilanes by direct synthesis from a silicon-containing contact mass under the influence of alkyl chloride in a fluidized bed, as well as in other industries for carrying out processes using a fluidized bed.

Прямой синтез алкилхлорсиланов осуществляется путем взаимодействия мелкодисперстнойконтактной массы, состоящей из кремния, меди и других катализаторов и промоторов, с хлоралкилом в кипящем слое при нагревании. The direct synthesis of alkylchlorosilanes is carried out by reacting a finely dispersed contact mass, consisting of silicon, copper and other catalysts and promoters, with chloralkyl in a fluidized bed when heated.

Разработки аппаратурного оформления этого процесса, как правило, были направлены на выравнивание динамических и тепловых режимов по всему объему корпуса с целью оптимизации его использования. Developments in the hardware design of this process, as a rule, were aimed at balancing dynamic and thermal conditions throughout the entire volume of the case in order to optimize its use.

Известны аппараты колонного типа, имеющие вертикальный цилиндрический корпус, который снабжен расположенным в днище патрубком для подвода ожижающего газа, газораспределительной решеткой, теплообменником, как правило, трубчатым, патрубком для загрузки твердого материала, средствами для отвода газообразных продуктов и выгрузки отработанной контактной массы ( Гельперин Н.И. Основы техники псевдоожижения.- М.: Химия, 1967, с. 57). Known column-type apparatuses having a vertical cylindrical body, which is equipped with a nozzle located at the bottom for supplying a fluidizing gas, a gas distribution grid, a heat exchanger, usually a tube, a nozzle for loading solid material, means for removing gaseous products and unloading the spent contact mass (Gelperin N . I. Fundamentals of fluidization technology. - M.: Chemistry, 1967, p. 57).

При таком конструктивном выполнении аппарата не представляется возможным обеспечить равномерность кипящего слоя как по высоте аппарата, так и в его поперечном сечении. With such a constructive implementation of the apparatus, it is not possible to ensure uniformity of the fluidized bed both in the height of the apparatus and in its cross section.

Известен аппарат для синтеза алкилхлорсиланов в кипящем слое, также имеющий все вышеперечисленные конструктивные элементы, корпус которого имеет форму усеченного обратного конуса (SU 167829, 1965 г.)
Общим недостатком этих аппаратов является то, что при использовании ультрадисперсной контактной массы (размер частиц 50 - 140 мкм) в них не удается создать однородные кипящий слой и температурное поле по всей высоте корпуса реактора и его поперечному сечению. Затруднено регулирование температурной реакции, велика опасность спекания контактной массы в верхней части корпуса из-за появления застойных зон. Нестабильность теплового режима обуславливает пониженную селективность процесса синтеза.
A known apparatus for the synthesis of alkylchlorosilanes in a fluidized bed, also having all of the above structural elements, the body of which has the shape of a truncated inverse cone (SU 167829, 1965)
A common drawback of these devices is that when using an ultrafine contact mass (particle size 50 - 140 microns), it is not possible to create a uniform fluidized bed and temperature field over the entire height of the reactor vessel and its cross section. Regulation of the temperature reaction is difficult, there is a great danger of sintering of the contact mass in the upper part of the housing due to the appearance of stagnant zones. The instability of the thermal regime leads to reduced selectivity of the synthesis process.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является реактор с псевдоожиженным слоем для осуществления экзотермических реакций в системе газ-твердое тело (SU, патент, 990071, кл. B 01 J 8/18, 1983, прототип), например для синтеза алкилорсиланов. Closest to the proposed invention in technical essence is a fluidized bed reactor for exothermic reactions in a gas-solid system (SU, patent, 990071, class B 01 J 8/18, 1983, prototype), for example, for the synthesis of alkylsilanes.

Реактор состоит из вертикально расположенного цилиндрического корпуса с патрубками для подачи и отвода исходных материалов и продуктов синтеза. В нижней части корпуса размещен газораспределитель решетчатого типа, а в его полости теплообменник из труб, трубы которого выполнены в виде труб фильда и объединены в пакет с помощью мостиков из полосовой стали. The reactor consists of a vertically arranged cylindrical body with nozzles for supplying and discharging the starting materials and synthesis products. A lattice-type gas distributor is located in the lower part of the casing, and in its cavity a heat exchanger made of pipes, the pipes of which are made in the form of field pipes and are combined into a package using bridges made of strip steel.

Недостатком этого аппарата является то, что цилиндрическая форма его корпуса способствует ухудшению однородности кипящего слоя, падению скорости перемещения газофазных компонентов и давления синтеза. Указанные дестабилизационные процессы происходят из-за уменьшения общего объема газофазных компонентов в результате реакций синтеза. Две молекулы хлорметила дают одну молекулу диметилхлорсилана. Общий объем газа становится недостаточным для создания полноценного кипящего слоя в верхней части реактора, появляются застойные зоны. Как мы знаем, снижение скорости перемещения газофазных компонентов и давления синтеза способствует снижению скорости реакций. Кроме того, газораспределители решетчатого типа допускают провал контактной массы в подрешетчатую зону и возможности ее спекания. The disadvantage of this apparatus is that the cylindrical shape of its body contributes to the deterioration of the uniformity of the fluidized bed, a decrease in the speed of movement of gas-phase components and the pressure of synthesis. These destabilization processes occur due to a decrease in the total volume of gas-phase components as a result of synthesis reactions. Two chloromethyl molecules give one dimethylchlorosilane molecule. The total volume of gas becomes insufficient to create a full fluidized bed in the upper part of the reactor, stagnant zones appear. As we know, a decrease in the rate of movement of gas-phase components and synthesis pressure helps to reduce the rate of reactions. In addition, lattice type gas distributors allow contact mass to fall into the sublattice zone and the possibility of sintering it.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности аппарата и селективности процесса синтеза. The technical task of the invention is to increase the productivity of the apparatus and the selectivity of the synthesis process.

Указанный результат достигается за счет того, что аппарат для синтеза алкилхлорсиланов в кипящем слое включает вертикальный корпус, содержащий секции, имеющие формы цилиндра и усеченного прямого и обратного конусов, с установленными внутри газораспределителем, теплообменником, снабженным также средствами для загрузки и выгрузки контактной массы, подвода хлоралкила и вывода продуктов синтеза, причем корпус состоит из последовательно установленных трех секций, нижняя из которых имеет форму усеченного обратного конуса с углом наклона образующей к вертикальной оси 5-7,5o, средняя имеет форму цилиндра, отношение высоты которого к внутреннему диаметру составляет 0,8-1,3, верхняя имеет форму усеченного прямого конуса, отношение высоты которого к сумме высот нижней и средней секций составляет 2-4, отношение внутренних диаметров нижнего и верхнего торцев корпуса равно 0,8-1,2, отношение внутреннего диаметра цилиндрической секции к внутреннему диаметру нижнего торца корпуса равно 1,2-2.This result is achieved due to the fact that the apparatus for the synthesis of alkylchlorosilanes in a fluidized bed includes a vertical housing containing sections having the shape of a cylinder and a truncated forward and reverse cones, with a gas distributor installed inside, a heat exchanger also equipped with means for loading and unloading the contact mass, supply chloralkyl and the output of synthesis products, the body consisting of three sequentially installed sections, the lower of which has the shape of a truncated inverse cone with an angle of inclination of brazed to the vertical axis 5-7.5 o , the average has the shape of a cylinder, the ratio of the height of which to the inner diameter is 0.8-1.3, the upper has the shape of a truncated straight cone, the ratio of the height of which to the sum of the heights of the lower and middle sections is 2 -4, the ratio of the inner diameters of the lower and upper ends of the casing is 0.8-1.2, the ratio of the inner diameter of the cylindrical section to the inner diameter of the lower end of the casing is 1.2-2.

На фиг. 1 представлен общий вид аппарата. Аппарат содержит корпус 1, состоящий из нижней секции 2, имеющей форму усеченного обратного конуса, средней цилиндрической секции 3 и верхней секции 4, имеющей форму усеченного прямого конуса. Геометрические параметры секций взаимосвязаны вышеуказанными соотношениями. В нижней части корпуса 1 установлен газораспределитель 5, соединенный с газоподводным коллектором 6. Внутри корпуса установлен теплообменник 7, соединенный со средством для подвода теплоносителя 8. В верхней части аппарата установлен сепаратор 9. Аппарат снабжен также средствами для отвода газообразных продуктов синтеза 10, загрузки и выгрузки контактной массы 11, 12. In FIG. 1 shows a General view of the apparatus. The apparatus comprises a housing 1, consisting of a lower section 2 having the shape of a truncated inverse cone, a middle cylindrical section 3 and an upper section 4 having the shape of a truncated straight cone. The geometric parameters of the sections are interconnected by the above ratios. A gas distributor 5 is installed in the lower part of the housing 1, connected to a gas supply manifold 6. A heat exchanger 7 is installed inside the housing, connected to a means for supplying a heat carrier 8. A separator 9 is installed in the upper part of the apparatus. unloading of the contact mass 11, 12.

Аппарат работает следующим образом. В аппарат с помощью средства 11 загружают контактную массу, например, состоящую из порошков кремния, катализатора меди и промоторов. Через газоподводный коллектор 6 и газораспределитель 5 подают псевдоожижающий реагент - пары хлоралкила. В результате этого происходит разрыхление контактной массы, создание кипящего слоя, протекают тепломассообменные процессы с образованием алкилхлорсиланов. Продукты реакции проходят через сепаратор 9 и выводятся из аппарата, после чего направляются в систему конденсации. The device operates as follows. The contact mass, for example, consisting of silicon powders, copper catalyst and promoters, is loaded into the apparatus using means 11. Through a gas supply manifold 6 and a gas distributor 5 serves a fluidizing reagent - chloralkyl vapor. As a result of this, the contact mass is loosened, a fluidized bed is created, heat and mass transfer processes occur with the formation of alkyl chlorosilanes. The reaction products pass through a separator 9 and are removed from the apparatus, after which they are sent to the condensation system.

Аппарат может дополнительно содержать другие конструктивные элементы, приспособления, не меняющие технической сущности данного решения. The device may additionally contain other structural elements, devices that do not change the technical nature of this solution.

Испытания предложенного устройства осуществлялись серийно на модельной установке с использованием аппарат-макетов трех различных высот. В итоге установлено, что независимо от конкретных геометрических размеров аппарата результаты существенно меняются при изменении соотношений размеров, причем характер изменений сохраняется при изменении высоты аппарата. В таблице приведены данные, показывающие влияние заявленных соотношений геометрических параметров на производительность и селективность прямого синтеза метилхлорсиланов с использованием кремния фракции 250 мкм (Кр1) и 140 (Кр2)
В таблице использованы следующие условные обозначения:
α - угол наклона образующей конуса нижней секции к вертикальной оси;
hн.к -высота нижней конической секции;
hц - высота цилиндрической секции;
hв.к - высота верхней конической секции;
dц - внутренний диаметр цилиндрической секции;
dн.тор - нижний внутренний торцевой диаметр аппарата;
dв.тор - верхний внутренний торцевой диаметр аппарата.
Tests of the proposed device were carried out in series on a model installation using apparatus mock-ups of three different heights. As a result, it was found that, regardless of the specific geometric dimensions of the apparatus, the results change significantly when the size ratios change, and the nature of the changes is preserved when the apparatus height changes. The table shows data showing the effect of the claimed ratios of geometric parameters on the productivity and selectivity of the direct synthesis of methylchlorosilanes using silicon fractions of 250 μm (KP1) and 140 (KP2)
The following conventions are used in the table:
α is the angle of inclination of the generatrix of the cone of the lower section to the vertical axis;
h -height NK lower tapered section;
h c - the height of the cylindrical section;
h vk - the height of the upper conical section;
d c - the inner diameter of the cylindrical section;
d N. tor - the lower inner end diameter of the apparatus;
d V.tor - the upper inner end diameter of the apparatus.

Заявленные соотношения:
α = 5-7,5o; hц/dц = 0,8 - 1,3; hв.к/(hн.к + Hц) = 2-4; dн.тор/dв.тор= 0,8-1,2; dц/dн.тор = 1,2-2.
Declared ratios:
α = 5-7.5 o ; h c / d c = 0.8 - 1.3; h v.k / (h n.k + H c ) = 2-4; d N. tor / d V. tor = 0.8-1.2; d c / d n.tor = 1.2-2.

Из приведенных данных следует, что аппарат для синтеза алкилхлорсиланов в кипящем слое, имеющий корпус, геометрические параметры которого соответствуют описанным выше, работает с более высокой производительностью, чем прототип, при этом достигается повышенная селективность процесса синтеза. Равномерность температурного поля по всему объему корпуса аппарата (подтверждаемая данными постоянного контроля с помощью множества температурных датчиков) свидетельствует об отсутствии застойных зон и оптимальном использовании полезного объема. Аппарат характеризуется также пониженной материалоемкостью. From the above data it follows that the apparatus for the synthesis of alkylchlorosilanes in a fluidized bed, having a housing, the geometric parameters of which correspond to those described above, works with higher productivity than the prototype, while achieving increased selectivity of the synthesis process. The uniformity of the temperature field over the entire volume of the apparatus body (confirmed by the data of constant monitoring using a variety of temperature sensors) indicates the absence of stagnant zones and the optimal use of usable volume. The device is also characterized by reduced material consumption.

Анализ известных источников информации не позволил выявить решения, содержащие признаки, соответствующие описанным в настоящей заявке, обеспечивающие достижение тождественного результата, что позволяет предположить соответствие предложенного решения критерию " изобретательский уровень". Положительные результаты стендовых испытаний позволяют гарантировать соответствие предложенного решения критерию "промышленная применимость". Analysis of known sources of information did not allow to identify solutions containing features that are consistent with those described in this application, ensuring the achievement of an identical result, which suggests the proposed solution meets the criterion of "inventive step". Positive bench test results make it possible to ensure that the proposed solution meets the criterion of "industrial applicability".

Claims (1)

Аппарат для синтеза алкилхлорсиланов в кипящем слое, включающий вертикальный корпус с установленными внутри газораспределителем, теплообменником, снабженный также средствами для подвода сырья и вывода продуктов синтеза, отличающийся тем, что корпус состоит из последовательно установленных трех секций, нижняя из которых имеет форму обратного усеченного конуса с углом наклона образующей к вертикальной оси 5 - 7,5o, средняя имеет форму цилиндра, отношение высоты которого к внутреннему диаметру составляет 0,8 - 1,3, верхняя имеет форму прямого усеченного конуса, отношение высоты которого к сумме высот нижней и средней секций составляет 2 - 4, отношение внутренних диаметров нижнего и верхнего торцов корпуса равно 0,8 - 1,2, отношение внутреннего диаметра цилиндрической секции в внутреннему диаметру нижнего торца корпуса равно 1,2 - 2.The apparatus for the synthesis of alkylchlorosilanes in a fluidized bed, comprising a vertical housing with a gas distributor installed inside, a heat exchanger, also equipped with means for supplying raw materials and outputting synthesis products, characterized in that the housing consists of three sections installed in series, the lower of which has the shape of a reverse truncated cone with the angle of inclination of the generatrix to the vertical axis 5 - 7.5 o , the average has the shape of a cylinder, the ratio of the height of which to the inner diameter is 0.8 - 1.3, the top has the shape of a straight line a truncated cone, the ratio of the height of which to the sum of the heights of the lower and middle sections is 2 - 4, the ratio of the inner diameters of the lower and upper ends of the casing is 0.8 - 1.2, the ratio of the inner diameter of the cylindrical section in the inner diameter of the lower end of the casing is 1.2 - 2.
RU96114727A 1996-07-22 1996-07-22 Apparatus for synthesis of organochlorine silanes in fluidized bed RU2126713C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96114727A RU2126713C1 (en) 1996-07-22 1996-07-22 Apparatus for synthesis of organochlorine silanes in fluidized bed

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96114727A RU2126713C1 (en) 1996-07-22 1996-07-22 Apparatus for synthesis of organochlorine silanes in fluidized bed

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96114727A RU96114727A (en) 1998-10-27
RU2126713C1 true RU2126713C1 (en) 1999-02-27

Family

ID=20183598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96114727A RU2126713C1 (en) 1996-07-22 1996-07-22 Apparatus for synthesis of organochlorine silanes in fluidized bed

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2126713C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111094182A (en) * 2017-11-20 2020-05-01 株式会社德山 Fluidized bed reactor and method for producing trichlorosilane

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111094182A (en) * 2017-11-20 2020-05-01 株式会社德山 Fluidized bed reactor and method for producing trichlorosilane

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111201198B (en) Process for preparing chlorosilanes
US2556514A (en) Method and apparatus for hydrocarbon conversion
KR101818685B1 (en) Fluidized bed reactor and method for producing granular polysilicon
US2438261A (en) Method and apparatus for conversion of fluid hydrocarbons
WO2011153295A1 (en) Method and fluidized gas phases reactor for producing stable trichlorosilane rich chlorosilane
CN1150212C (en) Method and apparatus for gas phase polymerisation of alpha-olefins
RU2126713C1 (en) Apparatus for synthesis of organochlorine silanes in fluidized bed
JPH02187150A (en) Catalyst for manufacturing chlorinated hydrocarbon
AU673240B2 (en) Process and apparatus for distributing fluids in a container
US2539263A (en) Contacting finely divided solids with gases
US3231326A (en) Method and means for controlling particle circulation rate in a dilute phase processing system
JP2008537507A (en) Production of liquid products and optionally gaseous products from gaseous reactants
US2586705A (en) Means for distributing solids in gases in catalytic apparatus
Song et al. Gas-solids circulating fluidization in a packed bed
US2477281A (en) Method for hydrocarbon conversion
US2548295A (en) Hydrocarbon conversion and catalyst regeneration apparatus
US2766186A (en) Conversion of fluid hydrocarbon in the presence of a moving mass of granular catalyst
US2726122A (en) Method for pneumatic transfer of granular contact material in a moving bed conversion process and apparatus therefor
RU2681016C1 (en) Column and method for disproportionation of chlorosilanes to monosilane and tetrachlorosilane and installation for producing monosilane
CN211800723U (en) U-shaped tubular methyl chlorosilane fluidized bed reactor
RU2200057C1 (en) Reactor for direct synthesis of organochlorosilanes in fluidized bed
CN113784920B (en) Method for producing chlorosilanes
CN114127012B (en) Method for producing chlorosilanes
RU2232045C1 (en) Reactor for a direct synthesis of organochlorosilane in a boiling bed
US2846369A (en) Conversion method and apparatus