Реактор для гидротермального обезвреживания высокотоксичных веществ, отходов и металлических порошков

Полезная модель относится к оборудованию для обезвреживания высокотоксичных веществ и отходов, в том числе промышленных, сельскохозяйственных и бытовых,  и может найти применение при изготовлении корпуса реактора для гидротермального обезвреживания высокотоксичных веществ, отходов и металлических порошков.
В последние годы в целях уничтожения широкого класса стойких химических загрязнителей окружающей среды, находят все большее распространение технологии сверхкритического водного окисления этих загрязнителей в высокотемпературных реакторах высокого давления, диапазоны режимов которых лежат в пределах от 400°С до 700°С по температуре и в пределах 22 - 30 МПа по давлению. Совершенно очевидно, что материал реактора испытывает при этом большие нагрузки, особенно в местах соединений различных элементов корпуса. Одними из таких элементов являются крышки корпуса реактора, которые выполняются чаще всего в виде вогнутой шаровой поверхности, поскольку такие поверхности более равномерно распределяют внутренние напряжения и несколько снижают критические напряжения металла крышки.
Однако для целого ряда загрязнителей характерно выделение в процессе разложения плохо растворимых осадков, которые, скапливаясь на сферической поверхности нижней крышки реактора вокруг выпускного штуцера, остаются не удалёнными при выпуске из реактора продуктов разложения, что довольно быстро приводит к их запеканию и перекрытию отверстия выпускного штуцера.
Известно выполнение нижней крышки в виде конуса или воронки /US6238568, G06F17/30, опубл. 2016-08-16 /. Такие крышки хорошо справляются с задачей удаления осадков из реактора, но они имеют пониженные прочностные характеристики при высоких параметрах эксплуатации, характерных для процессов сверхкритического водного окисления.
Как правило, в таких конструкциях реактора крышка посредством сварки приварена к корпусу реактора /US6238568, G06F17/30, опубл. 2016-08-16/период дорогостоящего ремонта, что снижает производительность оборудования, его надежность и существенно повышает стоимость нейтрализации вредных химических соединений.
Известно крепление крышки реактора посредством шпилек /Патент US 9,352,178, ,A62D3/20, от 31.05.2016г/. Ввинченные в горячий корпус реактора стяжные шпильки крышки испытывают значительный нагрев, теряют прочность, вытягиваются под давлением газов на крышку и плотность соединения крышки с корпусом нарушается. Происходит утечка газов из реактора, давление в нем падает до значений, при которых проведение нужных реакций становится невозможным. В этом случае необходима замена шпилек, что не всегда удается сделать вследствие их «прикипания» к корпусу. Ремонт реактора в этом случае становится не только длительным и дорогостоящим, но иногда и невозможным.
Все эти недостатки характерны для реактора, представленного в американском патенте US 9,352,178,A62D3/20, от 31. 05. 2016г., который выбран в качестве прототипа.
Таким образом, техническая проблема, на решение которой направлена создаваемая полезная модель, заключается повышение эксплуатационной надежности реактора.
Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик реактора в процессе его эксплуатации, а именно: повышении износостойкости реактора и продлении срока эксплуатации реактора.
Для решения указанной технической проблемы и достижения заявленного технического результата предлагается реактор для гидротермального обезвреживания высокотоксичных веществ, отходов и металлических порошков, содержащий корпус с верхней и нижней крышкой, внутреннюю трубу.  Отличительной особенностью заявленного реактора является то, что верхняя и нижняя крышки реактора прикреплены к корпусу реактора фланцевыми соединениями, при этом внутренняя поверхность нижней крышки выполнена эллипсоидной формы вытянутого типа.
Фланцевое соединение выполнено в виде фланца крышки и фланца корпуса.
Фланцевое соединение выполнено с возможностью болтового крепления.
В верхней крышке  выполнены четыре сквозных отверстия для размещения в них впускных и выпускных штуцеров.
В нижней  крышке  выполнены два  сквозных отверстия для размещения в них выпускных штуцеров.
Полезная модель может быть проиллюстрирована фигурой 1, где:
1 – реактор;
2 – корпус реактора;
3 – верхняя крышка;
4 – нижняя крышка;
5 – внутренняя труба
6 – фланцевые соединения;
7 – фланец крышки;
8 – фланец корпуса;
9 – болтовое крепление
10 – впускные штуцеры;
11 – выпускные штуцеры;
12 – индукционные нагреватели.
Реактор для гидротермального обезвреживания высокотоксичных веществ, отходов и металлических порошков (1)  содержит корпус (2), верхнюю крышку (3) и нижнюю крышки (4), внутреннюю трубу (5). Крышки прикреплены к корпусу реактора фланцевыми соединениями (6), представленными в виде фланца крышки (7) и фланца корпуса (8) посредством  болтового крепления  (9).
Предложенный реактор (1) работает следующим образом.
В реактор (1) с учетом плотности сверхкритического флюида при значениях давления и температуры в рабочем режиме, подается необходимое количество воды для создания в нем сверхкритических параметров воды. После завершения закачки воды реактор нагревается с помощью наружных индукционных нагревателей (12) до необходимой температуры рабочей среды. При достижении начальных рабочих параметров во внутреннюю трубу (5) реактора (1) осуществляется одновременный ввод сырья и окислителя в заданном количестве. В результате термического воздействия происходит увеличение объема реакционной смеси, что наряду с протеканием химической реакции окисления приводит к повышению давления. По окончании повышения давления реакционная смесь выдерживается при этом достигнутом максимальном значении заданное время, после чего осуществляется сброс парогазовых продуктов реакции через выпускной штуцер (11), расположенный в верхней крышке реактора, до снижения значения давления, соответствующего начальным рабочим параметрам. После сброса парогазовых продуктов реакции операция повторяется.
После заданного количества сбросов парогазовых продуктов реакции через расположенный в верхней крышке реактора выпускной штуцер (11) осуществляется вывод твердых продуктов реакции путем их сброса через выпускной штуцер (11) в нижней крышке реактора.
Для проведения технического обслуживания реактора (1) осуществляются следующие технологические операции: прекращается подача сырья и окислителя; отключаются индукционные нагреватели (12); осуществляется сброс давления до требуемого значения через выпускные штуцеры (11) в верхней крышке (3) и нижней крышке (4) реактора; подается вода через впускные штуцеры (10) для промывки реактора (1), после чего промывные воды сбрасываются через выпускные штуцеры (11); реактор (1) выдерживается до полного остывания корпуса (2). Болтовое крепление (9), фиксирующее фланец крышки (7) и фланец корпуса (8), раскручивают, верхнюю крышку (3) открывают. Аналогичным образом открывают нижнюю крышку (4) реактора. Производится осмотр внутренних поверхностей крышек и, при необходимости, их очистка.
Выполнение внутренней поверхности нижней крышки эллипсоидной формы вытянутого типа, по сравнению  с нижней крышкой реактора, имеющей сферическую поверхность, позволяет достигнуть ряд преимуществ, в частности повышенной износостойкости крышки, и устранить недостатки прототипа. При такой конструкции нижней крышки на стенках не застаиваются продукты разложения реакции, они стекают к выпускному штуцеру и практически полностью удаляются при каждом цикле выпуска из реактора. Прочностные характеристики предлагаемой нижней крышки реактора не уступают характеристикам сферической крышки. Как показал  опыт эксплуатации реактора с разработанной конструкцией нижней крышки, количество требуемых очисток нижней крышки реактора резко сократилось.
Замена крепежных шпилек, посредством которых в прототипе верхняя и нижняя крышки реактора крепятся к корпусу реактора, на стяжные болты фланцевого соединения в предложенном реакторе, позволяет повысить износостойкость корпуса реактора.  Стяжные болты, не имея плотного соединения с горячим корпусом реактора, лучше охлаждаются окружающим воздухом, имеют более низкую температуру и дольше сохраняют работоспособность соединения крышки с корпусом. Кроме того, резко повышается ремонтопригодность реактора, так как фланцевое соединение, выполненное с возможностью болтового крепления, не имеет тех недостатков, которые указаны выше для шпилечного соединения у прототипа. Кроме того, фланцевое соединение верхней и нижней крышки с корпусом реактора позволяет сократить затраты времени, необходимого для разборки реактора, при сохранении высоких функциональных характеристик оборудования.