Реактор для получения тугоплавких неорганических соединений Советский патент 1993 года по МПК B01J19/08 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для получения тугоплавких неорганических соединений методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). протекающего в режиме горения.

Целью предлагаемого технического решения является повышение надежности работы реактора и увеличение срока службы, а также повышение производительности реактора путем снижение воздействия теплоты реакции на корпус и ускорения его охлаждения.

На фиг. 1 показан схематично общий вид предлагаемого реактора в продольном разрезе; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 (показывающий размещение конденсационной

части тепловых труб в холодильной камере); на фиг.3 и 4 - варианты выполнения испарительных участков тепловых труб.

Реактор для получения тугоплавких неорганических соединений методом СВС содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с водяной рубашкой 2. закрытой герметично с обеих сторон крышками 3. 4, образуя реакционную камеру, в которой ко- аксиально установлен стакан 5 для реакционной смеси, при этом нижняя крышка 4 является быстродействующей, например, с байонетом. запирает разгрузочно-загрузоч- ную горловину реактора и является столом для стакана 5, а верхняя крышка 3 снабжена со стороны камеры тепловым защитным экраном и имеет по оси канал для рпзмещо.ния

со

о

00

со

Os

VI

инициирующего устройства 6, выполненного, например, в виде нити накаливания. На крышке 3 расположена водоохлаждаемая холодильная камера 7. Внутри корпуса между реакционным стаканом и стенкой корпуса установлены равномерно по всей окружности, бесфитильные тепловые трубы 8, которые верхней частью проходят герметично через крышку 3 в холодильную камеру 7; размеры и форма тепловых труб использующих в качестве теплоносителя воду, расчитывают таким образом, что испарительный участок 9 тепловой трубы расположен в пределах реакционной камеры и простирается на всю длину или часть длины реакционного стакана 5, как это показано на фиг.1 и 3 для вертикального реактора, а конденсационный участок 10 расположен в холодильной камере 7, см.фиг.2. В реакторе, расположенном горизонтально, испарительные участки тепловых труб выполнены в виде полуколец 11, охватывающих реакционный стакан, а конденсационные участки тепловых труб выведены в водоохлаждае- мый коллектор 12, расположенный вне корпуса вдоль его образующей, см.фиг.4.

Промежутки между тепловыми трубами в испарительной зоне, могут быть заполнены теплопроводным материалом, например, элементами из меди.

Реактор снабжен необходимыми технологическими штуцерами.

Реактор работает следующим образом . Стакан 5, заполненный реакционной смесью, помещают на крышку-стол 4, вводят в реакционную камеру и герметизируют корпус обеими крышками. Продувают реакционную камеру инертным газом, создают необходимое давление в камере и инициируют реакцию с помощью устройства 6, подавая напряжение на его нить накаливания. Теплота реакции синтеза по мере продвижения фронта горения передается через стенку тепловой трубы 8, жидкому теплоносителю (воде), который испаряется и пар под давлением устремляется в зону с пониженным давлением, какой является зона конденсации, расположенная в холодильной камере 7, откуда сконденсировавшийся теплоноситель возвращается в испарительную часть тепловой трубы под действием массовых сил. Таким образом, тепловые трубы образуют в реакционной зоне своими испарительными участками тепловой экран, защищающий стенку корпус реактора от импульсного воздействия тепла реакции синтеза, одновременно обеспечивая интенсивный отвод тепла от реакционной камеры в холодильную камеру, и, следовательно, ускоренное охлаждение стакана с продуктом реакции.

Как показали расчеты и исследования нестационарных температурных полей и напряженного состояния корпусов опытных . реакторов СВС (объемом 30 л и 63 л) для синтеза карбидов и боридов титана (являющихся высоконапряженными аппаратами), температурные напряжения на поверхностях стенки корпуса можно уменьшить в 1,5-2 раза, число циклов нагружения увеличить с 600 до 6500, время одного цикла сократить на 30%,

Реактор предлагаемой конструкции, таким образом, обладает качественно новыми более высокими техническими характеристиками, касающимися производительности, долгосрочное™ службы, циклов нагружения, и позволяет кроме того улуч

шить качество получаемого продукта.

Формула изобретен и я

1. Реактор для получения тугоплавких неорганических соединений, содержащий

цилиндрический корпус с рубашкой охлаждения, закрытый герметично крышками, и размещенные в корпусе стакана для реакционной смеси и устройство для инициирования реакции, о т л и ч а ю щ и и с я тем,

что, с целью увеличения срока службы и повышения производительности за счет снижения импульсного воздействия тепло ты реакции на корпус и ускорения охлаждения реактора, он снабжен размещенными

между стаканом для реакционной смеси и стенкой корпуса тепловыми трубами и камерой охлаждения, установленной снаружи корпуса, при этом испарительные участки тепловых труб расположены внутри корпуса, а конденсационные участки - в камере охлаждения..

2. Реактор по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что пространство между тепловыми трубами в корпусе заполнено теплопровод- ным материалом, например, медными элементами.

3. Реактор по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и- й с я тем, что испарительные участки тепло.- вых труб расположены вдоль стакана для реакционной смеси и имеют различную длину относительно длины стакана, а камера охлаждения размещена на крышке корпуса.

4. Реактор по пп.1 и 2, о т л и ч а ющи- й с я тем, что испарительные участки тепло- вых труб выполнены в виде полуколец, охватывающих стакан для реакционной смеси, при этом камера охлаждения выполнена в виде коллектора, расположенного по образующей корпуса.

Изобретение повышает надежность работы реактора, повышает производительность и увеличивает срок службы реактора путем снижения воздействия импульсов теплоты реакции на корпус и ускорения охлаждения реактора. Сущность изобретения: реактор содержит цилиндрический корпус с рубашкой охлаждения и крышками, размещенные в корпусе стакан для реакционной смеси и устройство инициирования реакции. Между стаканом и корпусом по окружности размещены тепловые трубы, испарительные участки которых расположены внутри корпуса, а конденсационные участки выведены в камеру охлаждения, расположенную снаружи корпуса. Испарительные участки тепловых труб могут быть расположены вдоль стакана и иметь различную длину или расположены в виде полуколец, охватывающих стакан. Пространство между испарительным участками тепловых труб заполнено теплопроводным материалом, например медными элементами. 3 з.п.ф-лы, 3 ил. ел С