Результат интеллектуальной деятельности: РЕАКТОР ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для проведения технологических процессов при повышенном давлении и может найти применение в области химии, фармацевтики, а также в смежных отраслях для проведения процессов в сверхкритических условиях.

Известен реактор для получения рабочих агентов высокого давления (SU 244304 от 28.05.1969), состоящий из топливной форсунки 1, верхней крышки 2, корпуса 3, наружного кожуха 4 и внутреннего кожуха 5 охлаждающей рубашки, форсунок 6 для подачи сырья на пиролиз или воды и нижней крышки 7. Кожухи выполнены из жаростойкой стали, а корпус реактора - из обычной.

Также известен псевдоизотермический химический реактор высокого давления (RU 2356616 от 27.05.2009), который имеет множество коробчатых теплообменников, по существу плоской прямоугольной формы.

Известен реактор высокого давления (SU №1681943 от 07.10.1991), содержащий корпус, рабочий цилиндр со свободноплавающим поршнем и крышку цилиндра, образующие камеру сжатия.

Все вышеуказанные реакторы трудоемки, узкофункциональны и имеют высокую стоимостную оценку.

Задача - расширение функциональных возможностей устройства.

Технический результат изобретения заключается в разработке нового устройства, а также закрывающего механизма.

Сущность изобретения состоит в том, что реактор высокого давления включает крышку, болванки и основание, составляющие единое целое, при этом к крышке прикреплен тройник, на котором расположены манометр и вентиль для выпуска газа, вокруг тройника расположен диск со сквозными отверстиями, по углам крышки размещены гайки для регулировки ее высоты гидравлическим или механическим домкратом, который через подставку с выемками связан с расположенным под крышкой реактором с прокладкой.

На фиг. 1 представлен общий вид реактора высокого давления, который включает в себя манометр - 1, тройник - 2, металлический стержень - 3, изолятор - 4, диск со сквозными отверстиями - 5, гайки - 6, крышку - 7, резиновую прокладку - 8, болванки 4 штуки - 9, реактор - 10, подставку с выемками - 11, гидравлический домкрат - 12, основание - 13, палец - 14, цилиндр - 15, подложку - 16.

На фиг. 2 представлена форма для порошков.

Манометр (1) резьбовым соединением прикрепляется к тройнику (2), на котором расположен вентиль для выпуска газа. В металлических стержнях (3) нарезана резьба для подключения электродов и изолируется (4) от крышки высокопрочными смолами. Все технологические отверстия (5) в крышке предназначены для введения проб, контроля давления и для предохранительной разрывной мембраны. Также реактор может комплектоваться погружной трубкой для датчика температуры или отбора пробы. Гайки (6) предназначены для регулировки высоты крышки (7) в зависимости от типа применяемого домкрата, на болванках (9) имеется резьба, или они могут быть вварены в крышку (7) намертво строго перпендикулярно. Прокладка (8) может быть изготовлена под каждый реактор (10), или изготовлена общая прокладка и приклеена к крышке. Подставка (11) предназначена для центровки реактора и формы для порошков, и для этого в них предусмотрены небольшие выемки. Гидравлический домкрат (12) используется с автовозвратом, манометром или динамометром на большие массы. В основание (13) строго перпендикулярно ввариваются болванки. Лучше, если отлить крышку (7),болванки (9) и основание (13) как единое целое, в последующем подкорректировать на токарном станке. Палец прессовочный (14) погружается в цилиндр (15), он в свою очередь ставится на подложку (16).

Чтобы провести опыт в реакторе, поступают следующим образом:

1) опускается домкрат (12) (инструкция к домкрату прилагается);

2) в реактор (10) загружаются необходимые компоненты;

3) реактор (10) ставится на подставку (11) строго выступом для центровки на реакторе в выемку;

4) сверху на реактор (10) ставится прокладка (8) и медленно прижимается домкратом к крышке (7) до отказа;

5) закачивается газ или вводятся жидкие реагенты через технологические отверстия.

После окончания процесса, в первую очередь спускается газ, а все остальное как указанно выше, но наоборот.

Порошок прессуется следующим образом:

Опускается домкрат (12). На подложку (16) ставится цилиндр (15) строго по центру, насыпается прессуемый порошок, палец (14) погружается в цилиндр (15) и медленно прижимается домкратом.

В реакторе возможны процессы гидрирования, нуклеофильного замещения, твердофазных реакций, гидролиза, окисление органических соединений под давлением кислорода или электролиз под давлением. Простое прессование порошков.

Закрывающим механизмом в реакторе является гидравлический или механический домкрат, то есть автоклав прижимается к крышке.

Объем автоклавов и форм для порошков варьируется и будет зависеть от грузоподъемности домкрата. Например, взят домкрат на Q=10000 кг и реактор с внутренним радиусом 5 см и внешним 6 см, рассчитаем внутреннюю и внешнюю площадь реактора по формуле

S=πr²

S_внутр.=3,14*52=78,5 см²

S_внеш.=3,14*62=113,04 см²

По закону Паскаля давление газа на все стороны одинаково и при давлении Р=1 кг/см², соответственно, на дно реактора давит Р=78,5 кг/см², а на домкрат - m=113,04 кг, включая нагрузку на прижим 37,24 кг. (113,04-78,5=37,24). Если Q=10000 кг разделим на S=113,04 см², получим максимальное давление, выдерживаемое домкратом Р=10000/113,04=88,46 кг/см².

Объем реактора можно увеличить, изменив высоту, а не радиус, при этом давление на дно не изменяется. При увеличении радиуса давление необходимо рассчитывать вышеуказанным способом. В зависимости от рабочей среды и условий процесса выбирается материал реактора: нержавеющая сталь или никелевый сплав. Реактор может быть укомплектован фторопластовым съемным стаканом.

Для порошков все проще: если S_внутр.=1 см², то на него будет действовать все 10000 кг.

Автоклав может быть поставлен на колеса. Спроектирован специально для проведения как экспериментов, так и для производства небольших объемов веществ. Каждый реактор оборудован технологическими отверстиями в крышке для подачи газа, введения проб, контроля давления и предохранительной разрывной мембраны. Также реактор может комплектоваться погружной трубкой для датчика температуры или отбора пробы. Реакторы больших размеров могут быть оборудованы термостатом и электрическим нагревателем или системой охлаждения.

В отличие от указанных реакторов предлагаемый будет примерно на 60-70% тяжелее, но стоимость изделия снизится, время на закрытие сократится в 15-20 раз. Обеспечивается высокая степень уплотнения. Помимо всего в нем возможно прессование порошков.

Предлагаемый реактор собран и опробован в ООО "Экотех".