Реактор высокого давления Советский патент 1990 года по МПК B01J19/18 

Изобретение относится к конструкции реакторов высокого давления, в частности к химическим ректорам периодического действия, в которых химические превращения осуществляются в условиях импульсного сжатия газов.

Цель изобретения - повышение надежности запуска.

На чертеже изображен реактор, разрез.

Реактор включает корпус 1 с рабочим цилиндром 2, в котором размещен плавающий поршень 3. В торце рабочего цилиндра 2 установлен в соединительном канале 4 обратный клапан 5. Соединительный канал 4 через впускной клапан 6 сообщает рабочий цилиндр 2 с аккумулирующей камерой 7, которая имеет цилиндр 8 с установленным в нем разгрузочным поршнем 9, образующим полость 10. Разгрузочный поршень 9 кинематически соединен при помощи шарнира 11 с впускным клапаном 6 и подпружинен пружиной 12. В нем выполнен дренажный канал 13 с жиклером 14, который сообщает аккумулирующую камеру

7с полостью 10. Последняя через электромагнитный клапан 15 сообщена с атмосферой. Аккумулирующая камера 7 через запорный орган 16 сообщена с линией подачи газа.

В торцовой части рабочего цилиндра 2 установлен запорный орган 17, связанный с линией удаления газа из зоны толкания.

8реакционной зоне рабочего цилиндра 2 установлены вспрыскивающее устройство 18 для подачи реагента в виде жидкости или суспензии и кран 19 для подачи и удаления газообразных реагентов и продуктов реакции.

Реактор работает следующим образом.

Через запорный орган 16 из линии подачи газа в аккумулирующую камеру 7 подается толкающий газ, например аргон. Газ заполняет объем аккумулирующей камеры 7 и через дренажный канал 13 и жиклер 14 в поршне 9 поступает в полость 10. Электромагнитный клапан 15 закрыт и полость 10 изолирована от атмосферы. Давления газа в аккумулирующей камере 9 и полости 10 устанавливаются равными.

(Л

ел

4 N3

ОЭ

При открытом запорном органе 17 через кран 19 подают в реакционную зону рабочего цилиндра 2 газообразный реагент или смесь реагентов, которая приводит поршень 3 в исходное положение и заполняет рабочий цилиндр 2. Запорный орган 17 закрыт. Впускной клапан б закрыт под действием пружины 12 и давления газа в аккумулирующей камере. Давления на разгрузочный поршень 9, действующие со стороны аккумулирующей камеры 7 и полости 10, одинаковы. Реактор находится в исходном положении.

При подаче напряжения на электромагнитный клапан 15 запорный орган клапана открывается и сообщает полость 10 с атмо- сферой. Давление в ней резко падает.

Сила давления газа, действующая на поршень 9 со стороны аккумулирующей камеры 7, перемещает его, сжимая пружину 12, и выталкивает газ из полости 10 в атмосферу. Впускной клапан 6, связанный с порш- нем 9 при помощи шарнира 11, открывается. Давление газа из аккумулирующей камеры 7 по соединительному каналу 4 через открытый обратный клапан 5 толкает плавающий поршень 3, который с большой скоростью перемещается в рабочем цилиндре 2, производя импульсное сжатие газообразных реагентов При этом в коротком импульсе сжатия достигаются такие высокие температуры и давления, которые практически не достижимы в обычных реакторах. Например, при сжатии одноатомных газов, как показывают расчеты, при давлении толкающего газа Рт 30 атм, может быть достигнуто давление в импульсе PvdKt 10000 атм и температура Т«. К, если начальная температура К. В таком процессе скорости реак- ции возрастают на 2-3 порядка

Пример. Получение синтез-газа окислением метана

СН4+0,5О2 СО+2Н2

Получение синтез-газа при взаимодействии углерода и воды

С+Н2О-СО+Н2 Сжигание бора в воде

2В+2Н2О 2НВО2-|-Н2 2В+2Н20- В203+ЗН2

При этом подача газообразных реаген- тов и удаление газообразных продуктов реакции осуществляются через кран 19. Подача твердых и жидких реагентов в виде суспензии и гелей происходит через впрыскивающее устройство 18. Предварительный по0

0 (. 0 5

0

5

0

догрев рабочего цилиндра реактора осуществляется теплообменником (не показан).

После осуществления рабочего хода поршень 3 движется под действием давления продуктов реакции в исходное положение. При этом в случае работы реактора по герметичной схеме происходит сжатие толкающего газа, так как обратный клапан 5 закрыт. При работе по негерметичной схеме толкающий газ через запорный орган 17 удаляют путем дросселирования при движении поршня 9 в исходное положение

После осуществления рабочего цикла электромагнитный клапан 15 закрывают, изолируя полость 10 от атмосферы. При этом давления в аккумулирующей камере 7 и полости 10 выравниваются. Пружина 12 приводит впускной клапан 6 в исходное закрытое положение.

Соотношение диаметров разгрузочного поршня 9 и впускного клапана 6 составляет 1,3-1.5. Нижний предел этого отношения обеспечивает такую разность площадей поршня и клапана, которая создает усилие открытия клапана, равное силе трения в цилиндре 8 и усилию сжатия пружины. Увеличение соотношения диаметров выше 1,5 приводит к неоправданному утяжелению конструкции.

Таким образом, в предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, рабочий орган управляющего электромагнитного клапана 15 полностью разгружен от сил давления на впускной клапан и сил инерции клапана. В результате обеспечивается надежный запуск реактора.

Формула изобретения

Реактор высокого давления, содержащий корпус, рабочий цилиндр со свободно плавающим поршнем, внутренняя полость рабочего цилиндра соединена с аккумулирующей камерой посредством канала, обратного клапана и впускного клапана, связанного с электромагнитом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности запуска, аккумулирующая камера снабжена цилиндром с подпружиненным разгрузочным поршнем, который выполнен с дренажным каналом и жиклером и кинематически связан с впускным клапаном, при этом аккумулирующая камера посредством дренажного канала с жиклером в подпружиненном разгрузочном поршне и запорного органа электромагнитного клапана сообщена с атмосферой, а соотношение диаметров подпружиненного разгрузочного поршня и выпускного клапана составляет 1,3:1,5.

ю

Изобретение касается реакторов высокого давления, в частности, химических реакторов периодического действия, в которых химические превращения осуществляются в условиях импульсного сжатия газов, и позволяет повысить надежность запуска. Аккумулирующая камера снабжена цилиндром с подпружиненным разгрузочным поршнем, который выполнен с дренажным каналом и жиклером и кинематически связан с впускным клапаном, причем аккумулирующая камера посредством дренажного канала с жиклером и подпружиненном разгрузочном поршне и запорного органа электромагнитного клапана сообщена с атмосферой, а соотношение диаметров разгрузочного поршня и выпускного клапана составляет 1,3:1,5. 1 ил.