РЕАКТОР Российский патент 1998 года по МПК B01J19/00 F28D21/00 F23C3/00 

Изобретение относится к химическому оборудованию, в частности, к высокотемпературным теплообменникам.

Известен реактор с индукционным обогревом [1] включающий сосуд с крышкой, змеевик, мешалку с приводом, электроиндукционный нагреватель, вентилятор, арматуру управления и приборы контроля технологического процесса. Недостаток мала скорость нагрева реакционной смеси (до 0,8^oC в минуту), велики потери энергии, малый срок службы нагревателя, велик теплоперепад на границе стенка сосуда реакционная смесь.

Известен теплообменник [2] обогреваемый продуктами сгорания (топочными газами), включающий топку, камеру смешения, теплообменник (сосуд с змеевиком), дымосос. Недостатки громоздкость системы, большая тепловая инерция, велики потери тепла, низкая интенсивность нагрева.

Цель изобретения интенсифицировать нагрев и охлаждение реакционной смеси, повысить качество готового продукта, сократить капитальные, эксплуатационные и энергетические затраты.

Указанная цель достигается тем, что змеевик реактора (теплообменника) снабжается располагаемыми в сосуде камерой сгорания (топкой), содержащей горелку и распылитель воды, и сборником дымовых газов; вне сосуда змеевик содержит заслонку и дымосос; камера сгорания снабжена ребрами, увеличивающими ее наружную поверхность более чем в три раза, а удельная поверхность змеевика на один кубометр реактивной смеси превышает пять квадратных метров.

На фиг. 1 схематично изображен продольный разрез реактора; на фиг.2 - поперечный разрез реактора; на фиг. 3 поперечный разрез камеры сгорания (топки).

Реактор (фиг.1 и 2) включает сосуд 1, крышку 2, теплоизоляцию 3, змеевик в виде отдельных труб 4, камеру сгорания (топку) 5, сборник дымовых газов 7, дымосос 8, горелку 9, заслонку 10, форсунку для воды 11, мешалку 12 с приводом 13, сливной кран 14, кран подачи топлива 15, кран подачи охлаждающей воды 16.

Камера сгорания (фиг.3) 5 снабжена ребрами 6, обеспечивающими увеличение наружной поверхности камеры более чем в три раза по сравнению с ее внутренней поверхностью. Теплотехнические расчеты показывают, что данное техническое решение обеспечивает получение теплоперепада на границе стенка камеры - реакционная смесь, не превышающего теплоперепад на границе труба змеевика - реакционная смесь, то есть компенсируется теплопередача от пламени сжигаемого топлива и она поддерживается на уровне конвективной теплопередачи от дымовых газов.

Работа реактора осуществляется следующим образом: сосуд 1 на 80% заполняется реакционной смесью (например, глицерином, фталевым ангидридом и др.). Включается мешалка 12. Арматурой управления устанавливается необходимый расход топлива (газообразного или жидкого) и воздуха, просасываемого дымососом 8 через камеру сгорания (топку) 5 и змеевик 4 с помощью заслонки 10. Проводя нагрев реакционной смеси до необходимой температуры (для отдельных смол до 240^oC) и выдержав определенное время, необходимое для реакции (например, полимеризации), включается распылитель охлаждающей воды 11. Распыленная вода дымососом 8 увлекается в трубы змеевика 4, интенсивно охлаждая готовый продукт до необходимой температуры (обычно до 90 100^oC), после чего через кран 14 сливается в емкость (обычно с растворителем).

Теплотехнические расчеты показывают, что при нагреве реакционной смеси на основе глицерина природным газом, сжигая 20 25 м³ газа в час на одну топку реакционной смеси, скорость подъема температуры составит 2^oC в минуту, то есть в два с половиной раза быстрее, чем в действующих реакторах. При этом средний перепад температур на границе стенка змеевика реакционная смесь составит 12^oC, а максимальный не превысит 25^oC (коэффициент теплопередачи от змеевика к реакционной смеси в действующих реакторах составляет 3 4 МДж/м^2 oC). Указанный теплоперепад в действующих реакторах составляет 30 40^oC, так как удельная поверхность теплообмена (стенки сосуда) составляет у них 1 1,5 м² на кубометр реактивной смеси.

Вышеизложенные теплотехнические предпосылки (ускоренный нагрев и охлаждение, малая тепловая инерционность, меньший теплоперепад на границе нагреватель реакционная смесь), безусловно, повысят качество готового продукта.

Высокотемпературные реакторы как в Росси, так и за рубежом в своем большинстве обогреваются электричеством, в основном электроиндукционными нагревателями и высокотемпературными органическими теплоносителями (ВОТ), нагреваемыми электричеством. Перевод этих реакторов на обогрев непосредственно жидким или газообразным топливом обеспечит сокращение эксплуатационных затрат в десятки раз. Кроме того, при топочном отоплении исключается взрывозащита электрооборудования (3) реактора (двигателей, электрического управления и сигнализации), что так же значительно сокращает затраты на изготовление реактора и его эксплуатацию. Стоимость реакторов с индукционным обогревом в несколько раз выше стоимости предлагаемого реактора. Например, реактор с электроиндукционным нагревом емкостью 6,3 м³ (рабочий объем 5 м³) оценивается в 100 150 тысяч долларов, из них стоимость собственно реактора (сосуда с мешалкой и змеевиком) оценивается в 37 40 тысяч долларов. Предлагаемый реактор может стоить 45 50 тысяч долларов, т.е. в два три раза дешевле.

Предложенное техническое решение реактора позволяет эксплуатировать его на открытом воздухе, вне помещений, особенно крупнотоннажных (10, 20, 50 и более тонн), чем значительно сокращаются капитальные затраты.

Источники информации.

1. Техническое описание и конструкция по монтажу и эксплуатации реактора с индукционным обогревом Химкомбината "Россия". Каменск-Шахтинский, 1976.

2. А.Н. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Коган. Процессы и аппаратура химической технологии. Москва, 1962 г. с. 416, рис.12 4. Схема обогрева топочными газами.

3. Правила устройства электроустановок ПУЭ--76. Москва. Атомиздат, 1980 г. Раздел VII, с. 33, VII-3-47.

Изобретение относится к энергетике и химии, в частности к химическому оборудованию, а именно, к высокотемпературным теплообменникам. Змеевик 4 реактора выполнен в виде набора отдельных труб и снабжен камерой 5 сгорания, содержащей горелку 9 и распылитель 11 охлаждающей воды. Кроме того, реактор содержит сборник 7 дымовых газов, а вне сосуда 1 змеевик 4 имеет заслонку 10 и дымосос 8. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Реактор, включающий сосуд с крышкой, мешалку с приводом и змеевик, отличающийся тем, что змеевик, выполненный в виде набора отдельных труб, снабжен расположенной в сосуде камерой сгорания (топкой), содержащей горелку и распылитель охлаждающей воды, и сборником дымовых газов, вне сосуда змеевик содержит заслонку и дымосос. 2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что наружная поверхность камеры сгорания (топки) снабжена ребрами, обеспечивающими увеличение наружной поверхности более чем в три раза по сравнению с ее внутренней поверхностью. 3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что удельная поверхность теплообмена змеевика превышает 5 м² на 1 м³ рабочего объема реактора (объема, заполненного реакционной смесью).