РЕАКТОР СМЕШЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК B01F7/08 B01J19/18 

Изобретение относится к аппаратам для проведения гидромеханических, тепло- и массообменных и реакторных процессов, которое может быть использовано в химической, нефтехимической, микробиологической, биохимической и других отраслях промышленности.

Известен аппарат для химических реакций, включающий корпус и теплообменные устройства, выполненные в виде коаксиальных цилиндров с двойными стенками, в кольцевом пространстве которых размещены спиральные перемешивающие лопасти с противоположным углом подъема, закрепленные на вращающейся крестовине (авт.св. СССР N 436529, B 01 J 19/18, 1970).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится неравномерность времени пребывания реакционной массы из-за продольного ее перемешивания спиральными перемешивающими лопастями, что приводит к снижению степени конверсии реакционной массы.

Известен ленточный шнековый смеситель непрерывного действия, включающий цилиндрический корпус, привод, загрузочное отверстие, смещенное в сторону привода, и узел выгрузки, находящийся на противоположном конце корпуса, и ленточный шнековый рабочий орган (X. Герман. Шнековые машины в технологии. - Л.: Химия, 1975, с. 71-72).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится обратное перемешивание, что приводит к неравномерности времени пребывания частиц реакционной массы в смесителе и снижению степени ее конверсии. Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту и выбранному за прототип является реактор смешения, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, расположенный по оси корпуса приводной вал, на котором закреплен шнек, комбинированный с якорной мешалкой, вал которой снабжен опорным элементом, внутренний теплообменник, установленный коаксиально шнеку, теплообменную рубашку и патрубки ввода и вывода теплоносителей, исходных реагентов и реакционной массы, большой и малый отбойники (патент России N 2031704, B 01 J 19/18, 1991).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится большой разброс по времени пребывания частиц реакционной массы из-за ее хорошего продольного перемешивания шнеком и якорной мешалкой и слабого радиального перемешивания, что приводит к снижении степени конверсии реакционной массы и недостаточной теплопередачи от нее к теплоносителям.

Задачей предлагаемого технического решения является уменьшение продольного перемешивания реакционной массы и увеличение ее радиального перемешивания, что способствует выравниванию времени пребывания частиц и улучшению качества продуктов реакции.

Техническим результатом является увеличение скорости теплопередачи от реакционной массы к теплоносителю, что приводит к возрастанию степени конверсии реакционной массы.

Поставленный технический результат достигается тем, что реактор смешения, содержащий цилиндрический корпус, расположенный по оси корпуса приводной вал, на котором закреплен шнек, теплообменную рубашку, патрубки ввода и вывода теплоносителя, исходных реагентов и реакционной массы, снабжен узлами радиального смешения, установленными в шахматном порядке, каждый из которых выполнен в виде пластины, имеющей форму винтовой поверхности и установленной симметрично с возможностью свободного вращения на оси, жестко закрепленной в средней части высоты гребней шнека.

Снабжение реактора узлами радиального смешения, установленными в шахматном порядке, каждый из которых выполнен в виде пластины, имеющей форму винтовой поверхности и установленной симметрично с возможностью свободного вращения на оси, жестко закрепленной в средней части высоты гребней шнека, позволяет осевой напор реакционной массы, возникающий при вращении шнека, использовать для вращения пластин, имеющих форму винтовой поверхности, и интенсифицировать радиальное перемешивание реакционной массы в каждой кольцевой зоне между гребнями шнека.

Это приводит к снижению осевой скорости в средней части высоты шнека и ее увеличению вблизи вала и стенки корпуса, выравниванию времени пребывания частиц реакционной массы и возрастанию конверсии. Турбулизация потока вблизи стенки за счет радиального смешения при вращении пластин, имеющих форму винтовой поверхности, приводит к интенсификации теплопередачи от реакционной массы к теплоносителю, выравниванию концентрации и температуры в радиальном направлении, предупреждению термической деструкции и увеличению качества продуктов реакции и степени конверсии.

Установка пластин, имеющих форму винтовой поверхности, симметрично с возможностью свободного вращения обеспечивает их хорошую балансировку на осях и позволяет преобразовать осевой и окружной потоки в радиальный, при этом область смешения охватывает всю зону между гребнями шнека, а так как узлы радиального смешения установлены в шахматном порядке, то радиальное смешение интенсифицируется во всей реакционной массе. Эффект радиального смешения усиливается за счет жесткого закрепления осей в средней части высоты гребней шнека, так как в этом случае симметричная установка на них пластин, имеющих форму винтовой поверхности, позволяет вовлекать в радиальное смешение при вращении пластин частицы реакционной массы от стенки цилиндрического корпуса до приводного вала.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалистов явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Общий вид предлагаемой конструкции реактора смешения представлен на чертеже. Он состоит из цилиндрического корпуса 1 и расположенного по его оси приводного вала 2. На приводном валу 2 закреплен шнек 3. Снаружи цилиндрический корпус 1 охватывает теплообменная рубашка 4 с патрубками входа 5 и выхода 6 теплоносителя. Цилиндрический корпус 1 имеет патрубки для подвода 7 исходной смеси и отвода 8 реакционной массы.

Между гребнями шнека 3 в шахматном порядке расположены узлы радиального смешения, представляющие собой оси 9, жестко закрепленный в средней части высоты гребней шнека 3, на которых симметрично установлены пластины 10 с винтовой поверхностью.

Предлагаемый реактор смешения работает следующим образом. Привод приводит во вращение с угловой скоростью вал 2, который с той же угловой скоростью передает вращение шнеку 3. По патрубку 7 подают исходную смесь, а по патрубку 8 выводят реакционную массу. В теплообменную рубашку 4 по патрубку 5 подают теплоноситель, а выводят его через патрубок 6. Под действием гребней шнека 3 осевой напор реакционной массы преобразуется во вращение пластин 10, имеющих форму винтовой поверхности, с угловой скоростью.

Интенсивное перемешивание реакционной массы пластинами 10, имеющими форму винтовой поверхности, приводит к усреднению скорости движения реакционной массы в осевом направлении, выравниванию среднего времени пребывания ее частиц и в конечном счете увеличению степени конверсии.

Кроме того, турбулизация потока реакционной массы при вращении пластин 10, имеющих форму винтовой поверхности, интенсифицирует процесс теплопередачи от реакционной массы в корпусе 1 к теплоносителю в рубашке 4, предупреждает термическую деструкцию вблизи твердых теплопередающих поверхностей и значит увеличивает качество реакционной массы.

Предлагаемая конструкция реактора смешения позволяет несложно провести реконструкцию существующих шнековых реакторов смешения. Для этого достаточно в середине высоты гребней шнека 3 установить в шахматном порядке узлы радиального смешения, представляющие собой заранее подготовленные оси 9 с пластинами 10, имеющими форму винтовой поверхности. Жесткая установка осей 10 достигается известными методами, например сваркой.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- устройство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, предназначено для использования в химической, нефтехимической, микробиологической и биохимической и других отраслях промышленности и может быть использовано при проведении гидромеханических, массообменных и реакционных процессов;
- заявленное изобретение, в том виде как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждает возможность его осуществления с помощью описанных в заявке известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию промышленная промышленность.

Изобретение относится к реакторам смешения и может найти применение в химической, нефтехимической, микробиологической, биохимической и других отраслях промышленности при проведении гидромеханических, массообменных и реакционных процессов. Реактор смешения содержит цилиндрический корпус, расположенный на оси корпуса приводной вал, на котором закреплен шнек, теплообменную рубашку, патрубки входа и выхода теплоносителя, исходных реагентов и реакционной массы. Реактор снабжен узлами радиального смешения, установленными в шахматном порядке, каждый из которых выполнен в виде пластины, имеющей форму винтовой поверхности и установленной симметрично с возможностью свободного вращения на оси, жестко закрепленной в средней части высоты гребней шнека. Технический результат состоит в увеличении скорости теплопередачи от реакционной массы к теплоносителю. 1 ил.

Реактор смешения, содержащий цилиндрический корпус, расположенный по оси корпуса приводной вал, на котором закреплен шнек, теплообменную рубашку, патрубки входа и выхода теплоносителя, исходных реагентов и реакционной массы, отличающийся тем, что он снабжен узлами радиального смешения, установленными в шахматном порядке, каждый из которых выполнен в виде пластины, имеющей форму винтовой поверхности и установленной симметрично с возможностью свободного вращения на оси, жестко закрепленной в средней части высоты гребней шнека.