Реактор для непрерывной гидротермобарической обработки

Область техники
Полезная модель относится к устройствам для непрерывного процесса гидротермобарической обработки различных материалов и/или продуктов, например возобновляемого сырья и органических отходов.
Уровень техники
В уровне техники широко известны реакторы для гидротермобарической обработки возобновляемого сырья и органических отходов, например из патентных документов: RU 2688620 C2 от 21.05.2019, US 2017283725 A1 от 05.10.2017, EA 022177 B1 от 30.11.2015, KR 20150029970 A1 от 19.03.2015.
Наиболее близким аналогом является заявка на получение патента Японии JP2003340264A, МПК В 01 J 3/04, опубликованная 02.12.2003 и описывающая устройство для регулирования и управления температурой нагрева водной среды в реакторе множеством внутренних нагревателей до различных заданных температур в вертикальном направлении реакционного сосуда обеспечивая распределение температуры в вертикальном направлении реакционного сосуда, тем самым, обеспечивая распределение водной среды по плотности в вертикальном направлении реакционного сосуда, вызывая в нем конвекционное движение водной среды (перемешивание).
Техническая проблема
Технической проблемой указанного выше близкого аналога является то, что нагрев внутри реакционного картриджа регулируется только в вертикальном направлении. То есть данный тип регулирования не подходит для применения в реакторах для непрерывного процесса гидротермобарической обработки продуктов, для которого характерно продольное конвекционное движение материала и/или продукта обработки внутри реактора, от входа к выходу, при постоянном его перемешивании.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленной полезной модели, заключается в реализации его назначения, а именно в реализации реактора для непрерывного процесса гидротермобарической обработки таким образом, чтобы каждая частица поступающего на вход реактора материала и/или продукта, при его продольном конвекционном движении внутри реактора, прошла полный цикл обработки при минимальных затратах электрической и тепловой энергии.
Сущность полезной модели
Согласно заявленной полезной модели, реактор для непрерывной гидротермобарической обработки с продольным конвекционным течением материала и/или продукта, выполненный в виде горизонтально ориентированного цилиндрического сосуда с патрубками для ввода и вывода материала и/или продукта, содержит на поверхности реактора по меньшей мере один нагревательный элемент, расположенный параллельно оси цилиндрического сосуда, причем указанный продольная ось цилиндрического сосуда имеет угол наклона оси, равный 5-8° к горизонтальной плоскости.
Внешняя поверхность реактора может быть покрыта слоем электроизоляционной стеклоткани.
По меньшей мере, один нагревательный элемент может представлять собой ленточный электронагреватель, помещённый на поверхность реактора поверх электроизоляционной стеклоткани. Нагревательные элементы реактора размещаются преимущественно на нижней его поверхности в секторе ±120 угловых градусов от диаметральной плоскости реактора.
Реактор также содержит конструктивные элементы, обеспечивающие надёжный тепловой контакт нагревателей с поверхностью реактора, причем конструктивные элементы выполнены в виде прямоугольных стальных трубок, на всю длину нагревателей, прижатых к поверхности нагревателей прижимными болтами, установленными на опорных кольцах, причем кольца установлены с промежутками, обеспечивающими равномерный прижим нагревателей к поверхности реактора по всей их протяжённости.
Управление направлением и мощностью конвекционного течения в реакторе может осуществляться включением/выключением по меньшей мере одного нагревательного элемента.
Управление направлением и мощностью конвекционного течения в реакторе может осуществляться изменением угла наклона оси к горизонтальной плоскости.
Угол наклона оси цилиндрического сосуда реактора к горизонтальной плоскости может обеспечиваться путем подвеса реактора в выбранном положении за проушины, расположенные в верхней части поверхности реактора.
Описание чертежей
Фиг. 1 - схематично изображён реактор в продольном сечении с возникающими в нем продольными конвекционными течениями.
Фиг. 2 - схематично изображён реактор в поперечном сечении с установленными на поверхности электрическими нагревателями.
Фиг. 3 - схематично изображён реактор в поперечном сечении с возникающими в нем поперечными конвекционными течениями.
Фиг. 4 - схематично изображены фрагменты поверхности реактора с электрическими нагревателями.
Позиции на чертежах
(1) - Поверхность реактора.
(2) - Проушина для подвеса реактора в выбранном положении.
(3) - Патрубок для ввода в реактор материала и/или продукта.
(4) - Патрубок для вывода их реактора материала и/или продукта.
(5) - Конструктивные элементы, обеспечивающие надёжный тепловой контакт нагревателей с поверхностью реактора.
(6) - Опорные кольца для фиксации нагревательных элементов.
(7) - Регулировочные прижимные болты.
(8) - Керамическая лента.
(9) - Нагревательные элементы.
(10) - Электроизоляционная стеклоткань.
(11) - Опорная шайба прижимного болта на опорном кольце.
α1 - угол наклона цилиндрического сосуда к горизонтальной плоскости.
ТП1 - продольное конвекционное течение.
ТП2 - поперечное конвекционное течение.
L - длина цилиндрического сосуда реактора.
D - диаметр цилиндрического сосуда реактора.
K1 - вентиль патрубка для ввода в реактор материала и/или продукта.
K2 - вентиль патрубка для вывода из реактора материала и/или продукта.
Осуществление полезной модели
Устройство работает следующим образом.
На продольном сечении реактора (фиг. 1) возникает поперечное течение жидкости, а также в реактор поступает диаметрально симметричный тепловой поток ТП1. В результате экспериментов было установлено, что при наличии угла наклона оси реактора к горизонтальной плоскости (альфа 1), и нагреве тепловым потоком нижней поверхности реактора, в нем возникнет продольное конвекционное движение жидкости, мощность которого зависит от угла наклона (альфа 1), а именно произведению тангенса угла наклона на длину реактора (L) и мощности теплового потока. Таким образом, было установлено, что продольным конвекционным течением продукта в реакторе можно управлять изменением угла наклона продольной оси цилиндрического сосуда реактора к горизонтальной плоскости. Управление давлением гидротермбарической реакции осуществляется изменением давления подачи материала и/или продукта в реактор с помощью вентиля K1 патрубка (3) и вентиля K2 патрубка (4) на выходе из реактора. Управление температурой гидротермобарической реакции осуществляется включением/выключением нагревательных элементов, тем самым изменением общей мощности тепловой энергии реактора. Управление направлением и мощностью конвекционных течений в реакторе осуществляется включением/выключением нагревательных элементов, тем самым создавая тепловые потоки (ТП1) в реакторе. Общая мощность тепловой энергии нагревательных элементов реактора определяется необходимой скоростью достижения частиц материала и/или продукта в реакторе на рабочую температуру. Согласно экспериментальным данным, время выхода реактора на режим не должно превышать десяти часов при наружной температуре около 15°C, а необходимая для размещения на поверхности реактора площадь нагревательных элементов составляет около 75% общей поверхности реактора, что обеспечивает передачу максимально возможного теплового потока (ТП 1) в реактор. При работе реактора на температурах 200-250°С, тепловая мощность, необходимая для проведения большинства процедур гидротермобарической реакции, составляет 15-20% от общей мощности. Это позволяет подавать тепловую энергию в реактор через сравнительно узкие «секторы» его поперечного сечения (ТП 2), что в свою очередь, создаёт возможность управления направлением и интенсивностью движения конвекционных потоков материалов и/или продуктов в реакторе. Подогрев материала и/или продукта вблизи стенки реактора, вызывает изменение удельного веса и как следствие, интенсивное гравитационное «всплытие» подогретого потока. При этом скорость всплытия будет максимальной вблизи стенки реактора. Поднявшись наверх, в зону охлаждения и турбулентного перемешивания с внутренними объёмами, жидкость охлаждается и опускается вниз, уступая место более нагретому потоку. При наличии угла наклона (α1) оси цилиндрического сосуда реактора к горизонтальной линии, и нагреве тепловым потоком поверхности реактора, в реакторе возникнет продольное конвекционное движение жидкости, мощность которого зависит от указанного угла наклона, а именно пропорционально произведению тангенса угла наклона на длину реактора L и мощности теплового потока, создаваемого нагревательными элементами. Таким образом, продольным конвекционным течением материала и/или продукта в реакторе можно управлять изменением угла наклона продольной оси цилиндрического сосуда реактора к горизонтальной плоскости.
Таким образом, достигается реализация назначения устройства, а именно реализуется непрерывный процесс гидротермобарической обработки, и достигается заявленный выше технический результат, заключающийся в том, что каждая частица поступающего на вход реактора материала и/или продукта при его продольном конвекционном движении внутри реактора, проходит полный цикл обработки при минимальных затратах электрической и тепловой энергии.