РЕАКТОР ШНЕКОВЫЙ
SCREW REACTOR

Изобретение относится к аппаратам для проведения гетерогенных процессов между сыпучим и газообразным реагентами, например восстановления триоксида урана или гидрофторирования диоксида до тетрафторида урана.
Известно применение шнекового реактора [Судариков Б.Н. Процессы и аппараты урановых производств / Б.Н. Судариков, Э.Г. Раков. - М.: Машиностроение, 1968, 381 с. - С.241-243] для восстановления триоксида урана и гидрофторирования диоксида до тетрафторида урана, где при вращении шнека сыпучий материал и перемешивается, и транспортируется. Соотношение между скоростью горизонтального движения материала и степенью его перемешивания определяется шагом винта и его формой, а скорость вращения вала составляет до 10 об/мин при длине шнека до 6 метров. Шнек выполнен в виде четырех узких стальных полос, укрепленных параллельно поверхности вала с большим шагом. Для перемещения материала к стальным полоскам приварены толкатели в виде небольших лопаток.
Недостатком данного реактора является низкая интенсивность перемешивания порошкообразного материала (так как стальные полосы проходят через слой продукта самой узкой стороной, тем самым не перемешивая слой, а в основном только его «разрезая»), в результате чего реактор имеет большую длину при заданной скорости вращения шнека. Уменьшение скорости вращения шнека приведет к еще более низкой интенсивности перемешивания и соответственно скорости реакции, а увеличение этой скорости - дополнительно увеличит длину реактора.
Известен шнековый конвейер [RU №2503606, B65G 33/14, B65G 33/24, опуб. 10.01.2014 Бюл. №1], принятый за прототип. Шнековый конвейер состоит из цилиндрического корпуса со шнеком, загрузочного и разгрузочного отверстий, причем разгрузочное отверстие расположено на боковой поверхности корпуса, а между витками шнека напротив разгрузочного отверстия выполнены продольные перегородки, образующие сектора, которые при транспортировке груза поочередно открывают разгрузочное отверстие на длину, равную расстоянию между витками шнека.
Недостатком шнекового конвейера является то, что он быстро перемещает порошкообразный материал вдоль шнека, не позволяет интенсивно этот материал перемешивать и поэтому реакция между газовой фазой и порошкообразным материалом протекает с низкой скоростью или шнековый конвейер должен иметь большую длину, чтобы порошкообразный материал прореагировал полностью.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в увеличении скорости протекания реакции между газовой фазой и порошкообразным материалом за счет улучшения контакта в системе газ-твердое путем интенсификации перемешивания при низком числе оборотов шнека и небольшой длине шнека.
Поставленная задача решается тем, что в шнековом реакторе, включающем цилиндрический корпус, винтовой шнек и продольные перегородки между витками шнека, продольные перегородки установлены между всеми витками шнека и на один полный виток шнека установлено не менее двух перегородок, при этом одна сторона перегородки установлена по радиусу цилиндрического корпуса или под углом к этому радиусу, а другая сторона перегородки установлена параллельно оси корпуса или под углом к этой оси, кроме того перегородки могут быть выполнены в форме ковша.
На фиг. 1 изображено продольное сечение шнекового реактора, на фиг. 2 - поперечное сечение А-А, на фиг. 3 и 4 - варианты исполнения шнека в поперечном сечении, фиг. 5 - вид Б шнека сбоку, фиг. 6 - вид Б шнека сбоку вариант исполнения.
Шнековый реактор состоит из корпуса 1 (см. фиг. 1) с патрубками входа 2 и выхода 3 сыпучего продукта и патрубками входа 4 и выхода 5 газообразного реагента. Внутри корпуса расположен вал 6, на котором закреплены витки шнека 7 в данном случае ленточного типа (см. фиг. 5). Между витками шнека установлены продольные перегородки 8, причем на каждый виток шнека установлено не менее двух перегородок. Вращение вала осуществляется приводом (на фиг. не показан).
Шнековый реактор работает следующим образом.
Сыпучий продукт, например триокись урана, подают в реактор через патрубок 2. Витки вращающегося шнека 7 перемещают сыпучий продукт вдоль корпуса 1 к патрубку 3 для выгрузки из аппарата. Через патрубок 4 подают газообразный реагент (в нашем примере - фтор), который перемещаясь противотоком к сыпучему продукту, выходит через патрубок 5. Во время движения сыпучего и газообразного потоков между ними происходит реакция. Скорость (интенсивность) этой реакции зависит как от площади поверхности контакта газовой фазы с сыпучим продуктом, так и от скорости замены прореагировавшего продукта на непрореагировавший. За один оборот шнека 7 сыпучий продукт перемешивается (т.е. обновляется реакционная поверхность) только один раз. Наличие продольных перегородок 8 в количестве не менее двух на один виток позволяет за один оборот шнека перемешивать продукт столько раз, сколько установлено перегородок в одном витке, соответственно, во столько же раз интенсифицируется реакция в реакторе.
Установка продольных перегородок под углом а к радиусу корпуса (фиг. 3) или выполнение перегородок в форме ковша (фиг. 4) позволяет распределять сыпучий продукт для реакции не только в нижней части корпуса 1, но и на самих перегородках 8, увеличивая тем самым площадь поверхности контакта сыпучего продукта с газом. Кроме того, при пересыпании (падении) продукта с перегородки вниз, когда последняя находится в верхней части корпуса, каждая частица продукта полностью «омывается» газом, что еще более ускоряет полное взаимодействие продукта с газом.
Установка продольных перегородок 8 под углом β к оси корпуса 1 (фиг. 6) позволяет придерживать сыпучий продукт в корпусе шнекового реактора, увеличивая тем самым время взаимодействия продукта с газовой фазой.
Таким образом, наличие продольных перегородок между витками шнека в шнековом реакторе позволяет существенно интенсифицировать процесс протекания реакции между сыпучим продуктом и газовой фазой за счет их активного взаимодействия, при этом уменьшаются габариты реактора и скорость вращения шнека.