МНОГОТРУБНЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Полезная модель относится к химической технологии и может быть использована для проведения химических реакций при сверхкритических параметрах водной среды, т.е. при давлении и температуре выше сверхкритических параметров воды.
Известен реактор (RU 125490), включающий в себя корпус и два технологических отверстия, например, для ввода и вывода компонентов реакции, дополнительно содержит одно или два отверстия для подключения различных модулей, например, манометра или насоса для подачи дополнительного растворителя или насоса для охлаждения смеси или специального сопла для осуществления RESS процесса. Конструкция реактора не позволяет производить нагрев реагентов в проточном режиме до сверхкритического состояния водной среды.
Известен реактор (RU 157330), состоящий из множества труб, объединенных сверху в камеру смесителя и снизу в общую камеру с отверстием для выхода готового продукта; имеется труба, соединяющая нижнюю камеру с теплообменником и снабженная дозирующим клапаном; имеется ряд технологических отверстий для ввода компонентов и установки датчиков. У такого реактора конструкция камеры смешения имеет определенные ограничения по количеству труб из-за увеличения габаритов и толщины стенок.
Техническим результатом полезной модели является возможность осуществления проточной схемы процесса химического превращения реагентов при сверхкритических параметрах водной среды одновременно с подключением других модулей, обеспечивающих подачу необходимых реагентов и осуществлять их предварительный нагрев.
Технический результат достигается тем, что роль реактора выполняют множество труб из жаропрочной стали изогнутых по спирали и имеющих общую площадь поверхности значительно большую, чем у цилиндрического реактора аналогичного объема, объединенных сверху в общую камеру, представляющую из себя тороидальную форму с множеством отверстий для установки датчиков и для ввода и вывода компонентов реакции; снизу трубы объединены в общую камеру, имеющую тороидальную форму с множеством отверстий для установки датчиков и для ввода и вывода компонентов реакции. Спирали из труб навиты таким образом, что внутри остается определенное пространство куда помещается теплообменник, имеющий множество отверстий для размещения датчиков и для ввода и вывода компонентов реакции. Поверх спирали из труб установлен защитный кожух на котором смонтированы нагревательные элементы, так же нагревательный элемент установлен на нижнюю камеру. Пространство между трубами и защитным кожухом заполнено теплопроводящим инертным термостойким материалом. Нагревательные элементы закрыты слоем теплоизоляции. Имеется камера смешения, куда поступают реагент и окислитель.
На фиг. 1 представлена схема реактора, где: 1 - патрубок подачи реагента через теплообменник; 2 - патрубок подачи окислителя; 3 - нижняя тороидальная камера; 4 - спиральные трубы реактора; 5 - верхняя тороидальная камера; 6 - патрубок выхода продуктов реакции и входа в камеру теплообменника; 7 - внутренняя камера теплообменника; 8 - патрубок сброса продуктов реакции; 9 - защитный кожух реактора; 10 - нагревательные элементы; 11 - теплоизоляция; 12 - датчик давления в реакторе; 13 - датчик температуры верхней камеры; 14 - датчик температуры нижней камеры; 15 - патрубок подачи реагентов в нижнюю камеру; 16 - патрубок подачи реагентов в верхнюю камеру; 17 - кольцевой нагреватель нижней камеры; 18 - смеситель; 19- патрубок реактора; 20 - датчик давления теплообменника; 21 - датчик температуры теплообменника; 22 - трехходовой кран; 23 - слой теплопроводящего термостойкого материала; 24 - обратный клапан; 25 - кран тонкой регулировки давления; 26 - клапан аварийного сброса.
Устройство работает следующим образом: через патрубки подачи реагента (1) и подачи окислителя (2), которые проходят через теплообменник (7) последние под давлением поступают в смеситель (18) и через патрубок (15) смесь поступает в нижнюю тороидальную камеру (3) откуда по множеству патрубков реактора (19) (на фиг. 1 условно показаны только два патрубка) поступают в спиральные трубы реактора (4), где смесь нагревается с помощью нагревателей (10) и (17) до необходимой температуры и создается необходимое давление по условиям полного прохождения реакции. По множеству патрубков (16) продукты реакции поступают в верхнюю тороидальную камеру (5) откуда по патрубку (6) попадают в теплообменник (7). На патрубке (6) установлен кран тонкой регулировки давления (25) с помощью которого регулируется необходимое давление в многотрубном реакторе. В теплообменнике (7) происходит предварительный нагрев реагента и окислителя, проходящих по трубам, поступающей в него парогазовой смесью из реактора которая через патрубок (8) выводится для дальнейшего использования и утилизации. Контроль за ходом процесса осуществляется с помощью датчика давления верхней камеры (12), датчика температуры верхней камеры (13), Датчика температуры нижней камеры (14), датчика давления теплообменника (20) и датчика температуры теплообменника (21). В случае превышения давления в реакторе свыше установленной нормы на патрубке (15) установлен обратный клапан (24), а на патрубке (6) клапан аварийного сброса (26).
После того, как регенты (окислитель и органические вещества) начнут взаимодействовать в реакционной зоне, нагревательные элементы могут быть полностью или частично отключены, и реакция будет поддерживаться за счет выделяемого тепла. В случае необходимости подачи в реактор холодных компонентов, это осуществляется путем переключения трехходовых клапанов (22) и реагенты поступают в смеситель (18) минуя теплообменник (7).
При этом смесь перерабатываемых веществ представляет собой суспензию, или эмульсию, или раствор.
Кроме того, окисляющим агентом, нагнетаемым в реактор, являются воздух, или перекись водорода, или смесь воздуха с перекисью водорода.
При этом для повышения производительности используют несколько реакторов, работающих параллельно.
Кроме того, образующуюся в реакторе парогазовую смесь выводят через парогазовую установку для получения электрической и тепловой энергии.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей известного технического решения, повышении производительности и технологичности, увеличении экономического эффекта.
Объектами переработки могут быть коммунальные, сельскохозяйственные и другие жидкие стоки, содержащие отходы нефтеперерабатывающей, химической, целлюлозно-бумажной, пищевой, биологической и фармацевтической промышленности. Весьма перспективным предполагается применение этого метода для уничтожения токсичных отходов, а также для переработки металлических порошков с получением наноструктурных оксидов и гидроксидов металлов.