АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Российский патент 2004 года по МПК B01J19/12 B01F13/08 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к аппаратам для проведения химических процессов в движущемся слое катализатора, и может быть использовано в химической и нефтехимической технологии.

Известен реактор для проведения процессов в кипящем слое, в котором корпус, выполненный из немагнитного и неэлектропроводного материала, помещен внутрь статора асинхронного электродвигателя с вращающимся магнитным полем. Перемешивание рабочей среды в реакторе осуществляется за счет вращения и перемещения под действием магнитного поля ферромагнитных частиц, помещенных в указанный аппарат [1].

Недостатками указанного реактора являются отсутствие эффективного управления процессом в реакторе из-за низкой напряженности вращающегося магнитного поля в рабочей зоне, что особенно существенно проявляется по направлению от стенок к центру реактора, низкая удельная производительность реактора, а также как следствие ограниченность типов проводимых в указанном реакторе химических процессов.

Наиболее близким к заявляемому объекту по своей сущности и достигаемому техническому результату является аппарат для проведения физико-химических процессов, содержащий камеру смешения из немагнитного материала, в которой размещен рабочий орган в виде ротора, закрепленного на подшипниках и снабженного перемешивающими элементами. На внешней поверхности камеры выполнена статорная обмотка асинхронного электрического двигателя. В указанном аппарате перемешивание создается за счет вращения рабочего органа - ротора с лопатками при подаче напряжения на обмотки статора [2].

Недостатками указанного аппарата является наличие вращающихся узлов непосредственно в зоне перемешивания или протекания целевых химических процессов, что отрицательно влияет на производительность аппарата, срок службы или межремонтного пробега и др.

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

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

Целью изобретения является повышение производительности и надежности за счет интенсификации перемешивания и улучшения управляемости процессом.

Сущность изобретения заключается в том, что в аппарате для проведения физико-химических процессов, содержащем трубчатую камеру смешения из немагнитного материала со статорной обмоткой, выполненной на внешней поверхности камеры, и размещенным внутри нее рабочим органом в виде ротора, последний выполнен в виде неподвижного сердечника из магнитоактивного материала, заключенного в цилиндрическую оболочку из немагнитного и неэлектропроводящего материала, при этом оболочка снабжена средствами крепления и центрирования, на торце оболочки закреплен сепаратор с отверстиями и внешний диаметр сепаратора равен внутреннему диаметру трубчатой камеры смешения.

Как вариант основания оболочки из немагнитного и неэлектропроводящего материала выполнены в виде дисков диаметром, равным внутреннему диаметру трубчатой камеры смешения, и на кольцевых участках дисков, ограниченных пространством между оболочкой и трубчатой камерой смешения, выполнены отверстия.

Как вариант на внутренней стенке трубчатой камеры смешения и внешней стенке оболочки выполнено покрытие, например, каталитически активной композицией.

Рабочим телом в заявляемом аппарате являются частицы из магнитоактивного материала, помещенные в пространстве между стенкой трубчатой камеры смешения и цилиндрическим сердечником. Указанное пространство является рабочей зоной реактора.

Основываясь на своем знании и опыте, авторы заявляют, что традиционная конструкция реакторов с магнитным перемешиванием, вовлекающая вращающиеся узлы и агрегаты, не только достаточно сложна, но и малопродуктивна в смысле производительности и надежности в работе.

В то же время заявляемое техническое решение обладает широкими возможностями по перестройке мощности, отличается высокой производительностью и пригодно для проведения широкой гаммы химических и физико-химических процессов - реакций обмена, синтеза, полимеризации, каталитического крекинга и т. д. и т.п.

По мнению авторов, заявляемое техническое решение является неожиданным.

Для регулирования конфигурации магнитного поля и управления напряженностью его в реакционном объеме трубчатого аппарата с кипящим слоем в центре последнего размещают неподвижный цилиндрический сердечник из магнитоактивного материала. Размеры и собственно форма, а также сам материал сердечника определяются технологическим замыслом, в частности планируемой производительностью, характером процессов и/или реакций, вовлекающих использование заявляемого технического решения, и т. д.

Такими же и подобными факторами определяются способы и конструктивные решения закрепления сердечника по центру трубчатого реактора, способы и средства изоляции сердечника от контакта с реакционной средой. Существенным отличительным признаком технического решения является, по мнению авторов, выполнение на стенках рабочей зоны каталитического покрытия.

Рабочее тело в заявляемом аппарате - частицы из магнитоактивного материала, помещенные в пространстве между стенкой трубчатой камеры смешения и цилиндрическим сердечником, также могут быть выполнены с каталитическим покрытием. Следует отметить, что в заявляемом аппарате могут быть использованы по меньшей мере две каталитические системы - одна в виде покрытия, нанесенного на стенки межтрубного пространства, и вторая, нанесенная на частицы рабочего тела. Размеры и форма частиц рабочего тела не лимитированы в разумных пределах. Частицы могут быть, например, выполнены в виде иголок, шариков, лепестков произвольной формы и т.п.

В качестве материала частиц рабочего тела используют ферриты, ферромагнетики, электротехническую сталь и другие материалы, обладающие магнитоактивными свойствами. Разумеется, в необходимых случаях предусмотрено исключение непосредственного контакта материала рабочего тела с реакционной средой, например, нанесением нейтрального изолирующего покрытия.

В качестве материала трубчатой камеры смешения и оболочки сердечника используют немагнитные и неэлектропроводящие материалы, такие как, например, керамика, стекло, стекловолоконные композиционные материалы, полимеры и другие подобные материалы.

В качестве материала сердечника используют ферриты, ферромагнетики, электротехническую сталь и другие материалы, обладающие магнитоактивными свойствами.

Физические размеры заявляемого аппарата не имеют существенного значения, если, конечно, они не выходят за пределы разумного.

Заявляемый аппарат позволяет совместить процессы катализа и магнитной активации, а также существенно активизировать процессы, происходящие под воздействием магнитного поля в вихревом магнитоактивном слое катализатора.

Для лучшего понимания заявляемый аппарат поясняется чертежами, которые являются иллюстративным материалом, демонстрирующим, но не исчерпывающим заявляемый объект.

На фиг.1 представлено устройство заявляемого аппарата.

На фиг.2 представлен вариант выполнения заявляемого аппарата.

Заявляемый аппарат (см. фиг.1) представляет собой трубчатый корпус 1 из немагнитного материала с фланцами 2 на торцах. На корпусе 1 выполнены обмотки статора 3 асинхронного электродвигателя, а внутри корпуса расположен неподвижный цилиндрический сердечник 4, выполненный из магнитоактивного материала и заключенный в оболочку в виде закрытого цилиндра 5 из немагнитного и неэлектропроводного материала, на торце оболочки закреплен сепаратор 6 с отверстиями 7 и внешний диаметр сепаратора 6 равен внутреннему диаметру трубчатой камеры смешения 8, представляющей собой кольцевую полость, образованную трубчатым корпусом 1 и оболочкой 5. В камере смешения 8 помещены частицы рабочего тела 9.

Как вариант (см. фиг.2) оболочка из немагнитного и неэлектропроводящего материала 5 сердечника 4 выполнена в виде цилиндра 10, с основаниями 11 и 12, в которых выполнены отверстия 13. Частицы 9 рабочего тела помещены в камеру смешения 8, образованную оболочкой 5 и трубчатым корпусом 1.

Работает аппарат следующим образом.

При подаче напряжения на обмотки статора 3 в рабочей зоне 8, ограниченной стенками трубчатого корпуса 1 и оболочки 5 сердечника 4, создается вращающееся магнитное поле. Под действием указанного поля частицы 9 рабочего тела движутся организованным потоком в направлении вращения магнитного поля. Сепараторы или аналогичные по функциональному признаку приспособления удерживают частицы рабочего тела в зоне реакции. Таким образом создается вихревой псевдоожиженный слой, в котором и проводят различные химические и физико-химические процессы путем подачи в зону псевдоожиженного слоя соответствующих реакционноспособных веществ. Наличие каталитического покрытия на стенках камеры смешения, а также на частицах рабочего тела обеспечивает проведение разнообразных химических процессов, особенно в случае использования двух разных катализаторов.

Как видно из описания и поясняющего иллюстративного материала, заявляемое техническое решение обеспечивает повышение производительности и надежности за счет интенсификации перемешивания и улучшения управляемости процессом.

Источники информации
1. Авт. свид. СССР 168264, М. кл. В 01 F 13/08, опубл. 1965.

2. Авт. свид. СССР 1101291, М. кл. В 01 F 13/08, опубл. 1984 - прототип.

Изобретение относится к аппаратам для проведения химических процессов в движущемся слое катализатора и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности. Аппарат содержит трубчатую камеру смешения из немагнитного материала со статорной обмоткой на ее внешней поверхности и размещенным внутри нее рабочим органом в виде неподвижного сердечника из магнитоактивного материала, заключенного в цилиндрическую оболочку из немагнитного и неэлектропроводящего материала. Оболочка снабжена средствами крепления и центрирования и на торце оболочки закреплен сепаратор с отверстиями. Аппарат обеспечивает повышение производительности и надежности за счет интенсификации перемешивания и улучшения управляемости процессом. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Аппарат для проведения физико-химических процессов, содержащий трубчатую камеру смешения из немагнитного материала со статорной обмоткой, выполненной на внешней поверхности камеры, и размещенным внутри нее рабочим органом в виде ротора, отличающийся тем, что рабочий орган выполнен в виде неподвижного сердечника из магнитоактивного материала, заключенного в цилиндрическую оболочку из немагнитного и неэлектропроводящего материала, оболочка снабжена средствами крепления и центрирования, на торце оболочки закреплен сепаратор с отверстиями и при этом внешний диаметр сепаратора равен внутреннему диаметру трубчатой камеры смешения.2. Аппарат для проведения физико-химических процессов по п.1, отличающийся тем, что основания оболочки из немагнитного и неэлектропроводящего материала выполнены в виде дисков диаметром, равным внутреннему диаметру трубчатой камеры смешения, и на кольцевых участках дисков, ограниченных пространством между оболочкой и трубчатой камерой смешения, выполнены отверстия.3. Аппарат для проведения физико-химических процессов по п.1, отличающийся тем, что на стенках межтрубного пространства выполнено покрытие, например, каталитически активной композицией.