×
16.06.2023
223.018.7b68

Результат интеллектуальной деятельности: ВИХРЕВАЯ КАМЕРА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ ЧАСТИЦ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к вихревой камере для проведения химических реакций в псевдоожиженном слое частиц. Камера выполнена в виде двух соосных круговых усеченных конусов, образующих своими поверхностями кольцевой конический канал, стенки которого сходятся к верху к вертикальной оси камеры, а угол наклона канала равен углу между образующей конуса и его осью (осью камеры). Камера характеризуется тем, что угол наклона кольцевого конического канала к вертикальной оси камеры составляет 45 градусов, стенки кольцевого конического канала, сужающиеся к верху к оси камеры, примыкают к выхлопной цилиндрической трубе для отвода газа, а в нижней части кольцевого конического канала перпендикулярно коническим стенкам камеры установлен конический завихритель, который является газораспределительной решеткой подачи газа в слой псевдоожиженных частиц. Предлагаемая камера позволяет существенно увеличить скорость химической реакции за счет увеличения скоростей тепло- и массообмена газа и частиц дисперсного материала, при этом снизить унос и истирание частиц, приблизившись по этому показателю к характеристикам реактора с псевдоожижением в поле сил тяжести. 3 ил.

Изобретение относится к технике тепломассообменных и химических процессов, а именно реакций в газообразной или жидкой среде при наличии закрученного псевдоожиженного слоя дисперсного материала, обладающего инертными или каталитическими свойствами.

Известно устройство для организации псевдоожиженного слоя с целью проведения химических процессов между псевдоожиженным слоем топлива и окислителем при псевдоожижении в поле тяжести и без вращения слоя [Радованович М. «Сжигание топлива в псевдоожиженном слое». - М., Энергоатомиздат, 1990, 248 с.]. Это устройство для осуществления химических процессов между газом и твердыми частицами, псевдоожиженными в поле силы тяжести, характеризуется низкими скоростями обтекания частиц, что снижает скорость проведения химического процесса, однако имеет и низкие скорости износа псевдоожижаемого материала, в частности, пористых и непрочных гранул катализатора.

Известно устройство для организации горения в слое частиц при подаче закрученного потока смеси воздуха и топлива через нижний торцевой завихритель вихревой камеры, при этом поток газа закручивает и псевдоожижает слой частиц, лежащих на нижней торцевой стенке вихревой камеры, [Р.Х. Абдрахманов, Н.А. Дворников, В.В. Лукашов. Динамика двухфазного закрученного потока в вихревой камере с нижним торцевым завихрителем // Теплофизика и аэромеханика, 2017, том 24, №3, с. 349-356].

Газ при этом проходит вверх по цилиндрической вихревой камере и отводится через центральное отверстие в вихревой камере. В отличие от предыдущего случая частицы псевдоожиженного слоя обтекаются закрученным потоком газа, что увеличивает тепло и массообмен между газом и частицами.

Здесь, как и в предыдущем случае частицы псевдоожижаются в поле сил тяжести, что накладывает ограничение на расход газа сквозь слой и производительность аппарата по газовому потоку.

Известно техническое решение [US 2006002829, 2006-01-05, B01J 8/00; B01J 8/18; B01J 8/24; B01J 8/44], в котором псевдоожижение выполняют в вертикально расположенном коническом кольцевом канале, образованном внешней и внутренней коническими стенками. Газ подают через гор. систему сопел или перфорированную решетку на дне канала в горизонтальной плоскости и выводят через кольцевой выход на внешней боковой стенке канала. Конический кольцевой канал может быть либо с увеличением радиуса канала кверху, либо с уменьшением радиуса канала кверху. Целью задания такой конусности канала, по мнению автора патента, является управление скоростью газового потока в этом канале. Дисперсный материал, образовавший конгломераты частиц в нижней части конического канала, выводится из канала специальным сепаратором частиц, а затем возвращается в нижнюю часть канала по трубе из бункера, где собираются выделенные частицы из газового потока.

Этот случай близок по своим свойствам с предыдущим, поскольку горизонтальное расположение решетки с подачей газа и конусный канал с преимущественно вертикальным расположением стенок предполагает, что псевдоожижение происходит в поле силы тяжести.

Известен способ сушки дисперсного материала и камера для его осуществления [патент РФ №2178543, 2000, F26B 3/10], где для предотвращения ссыпания вращающегося псевдоожиженного слоя между секциями конических кольцевых боковых завихрителей установлены конические полки, направленные книзу. Наличие конических каналов, образуемых полками, примыкающими к коническому завихрителю, позволяет удерживать материал в большом диапазоне скоростей вращения слоя.

Однако конусность полок направленных книзу позволяет применять такие аппараты только для процессов с большим расходом сыпучего материала к низу камеры и не позволяет раскручивать материал, например, катализатора, из имеющейся начальной засыпки частиц в камере при незначительной подаче или отсутствии непрерывной подачи частиц в камеру.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является устройство для организации взаимодействия с псевдоожиженным слоем для проведения реакций между окислителем и твердым гранулированным топливом [патент РФ №2029193, 1990 г., F23C 11/02], где твердое измельченное топливо подается в верхнюю зону кипящего центробежного слоя, формируемого тангенциально подаваемым потоком окислителя, проходящего через слой на боковом цилиндрическом завихрителе в вихревой камере. Тангенциальную скорость окислителя поддерживают выше теоретически равновесной скорости, а соотношение расходов окислителя и топлива поддерживают выше 0,4. Перед подачей в слой топливо закручивают в направлении, совпадающем с направлением вращения слоя, при этом время пребывания топлива в слое регулируют изменением расхода топлива. Положительным свойством такого способа и описанного устройства является высокая скорость обтекания частиц потоком газа и, как следствие, высокий тепло и массобмен газа и частиц.

Недостатком этого способа является то, что он требует высоких скоростей вращения дисперсной фазы для удержания слоя на цилиндрическом боковом завихрителе, что может приводить к быстрому разрушению непрочных пористых частиц слоя. Факт увеличения скорости измельчения материала в зависимости от увеличения скорости столкновения частиц со стенками и между собой хорошо известен и является основой процессов измельчения материалов по ударному механизму. При незначительном снижении скорости вращения слоя и уменьшении центробежных сил, прижимающих слой к боковому завихрителю, слой осыпается вниз, а боковой завихритель частично оголяется, что снижает эффективность взаимодействия слоя и газа, проходящего сквозь боковой завихритель.

Задача изобретения - существенно увеличить скорость химической реакции за счет увеличения скоростей тепло- и массообмена газа и частиц дисперсного материала, при этом снизить унос и истирание частиц, приблизившись по этому показателю к характеристикам реактора с псевдоожижением в поле сил тяжести.

В настоящем изобретении предложена вихревая камера для проведения химических реакций в псевдоожиженном слое частиц выполнена в виде двух соосных круговых усеченных конусов, образующих между своими поверхностями кольцевой конический канал, стенки которого сходятся к верху к вертикальной оси камеры, а угол наклона канала к вертикальной оси камеры (угол α на фиг.1) равен углу между образующими верхнего и нижнего конусов и их осью (осью камеры).

Согласно изобретению, угол между образующей каждого из усеченных конусов, создающих своими поверхностями кольцевой конический канал, и вертикальной осью камеры (угол наклона кольцевого конического канала) составляет 45 градусов или выбирается из условия, чтобы результирующая сила, действующая на слой псевдоожиженного материала, была параллельной образующим конических стенок канала.

Согласно изобретению, стенки кольцевого конического канала, сходящиеся к верху к вертикальной оси камеры, примыкают к выхлопной цилиндрической трубе для отвода газа.

Согласно изобретению, в нижней части конического кольцевого канала расположен перпендикулярно коническим стенкам камеры конический завихритель, который является газораспределительной решеткой подачи газа в слой псевдоожиженных частиц.

Для работы со стационарным псевдоожиженным слоем частиц или со слоем с низким расходом по дисперсному материалу требуется, чтобы конструкция камеры обеспечивала глубокую потенциальную яму для выносимых из слоя частиц в широком диапазоне соотношений центробежного ускорения вращающегося слоя частиц к гравитационному ускорению в поле силы тяжести, действующих на вращающийся псевдоожиженный слой частиц над завихрителем. Это обеспечивается тем, что восходящие потоки газа, проходящие сквозь слой, уходят в направлении, противоположном силе тяжести и центробежной силе, действующим на частицы дисперсного материала - это снижает унос материала из слоя.

Угол α между образующей конических стенок канала и вертикальной осью камеры (угол наклона кольцевого конического канала) в 45 градусов (фиг. 1), обеспечивает удержание слоя частиц в широком диапазоне отношения центробежного ускорения вращающегося слоя частиц к гравитационному ускорению в поле силы тяжести, а перпендикулярное к коническим стенкам камеры расположение завихрителя, распределяющего газ в псевдоожиженном слое, позволяет добиться равномерной толщины слоя частиц по всей ширине кольцевого конического канала камеры, через который отводится газ после прохождения через слой частиц.

На фиг. 1 приведена схема вихревой камеры для организации псевдоожиженного слоя инертных или каталитических частиц для проведения химических реакций, где: 1 - кольцевой конический канал; 2 - верхняя коническая стенка канала; 3 - нижняя коническая стенка канала; 4 - выхлопная цилиндрическая труба; 5 - конический завихритель; 6 - слой частиц дисперсного материала (псевдоожиженных частиц); 7 - корпус; α - угол наклона кольцевого конического канала.

Вихревая камера для проведения химических реакций в псевдоожиженном слое частиц выполнена в виде, заключенных в корпус 7, двух соосных круговых усеченных конусов, образующих своими поверхностями кольцевой конический канал 1, стенки которого (верхняя 2 и нижняя 3) сходятся к верху к оси камеры и примыкают к выхлопной цилиндрической трубе для отвода газа 4.

Угол наклона кольцевого конического канала α - угол между образующими конических стенок канала и вертикальной осью камеры. Угол наклона кольцевого конического канала составляет 45 градусов.

Конический завихритель 5, который является газораспределительной решеткой для подачи газа в слой псевдоожиженных частиц 6, установлен в нижней части конического кольцевого канала перпендикулярно коническим стенкам 2 и 3.

Вихревая камера работает следующим образом.

В кольцевой конический канал 1 между коническими стенками 2 и 3 и коническим завихрителем 5 первоначально засыпают или непрерывно подают дисперсный материал 6 для восполнения уноса и истирания частиц.

Рабочий газ, проходя через конический завихритель 5, закручивает поток газа и слой частиц дисперсного материала 6 в камере, приводя частицы дисперсного материала в псевдоожиженное состояние. Для восполнения уноса и истирания частиц дополнительно в слой частиц подают дисперсный материал. Разогретый в результате химических реакций газ нагревает внешнюю часть слоя инертного или каталитического дисперсного слоя, который, в свою очередь, перемешиваясь в псевдоожиженном слое, нагревает газ, проходящий сквозь слой частиц в области входа газа в псевдоожиженный слой. В результате ускоряются химические реакции в газе при прохождении газа сквозь слой. Далее газ проходит по кольцевому коническому каналу 1 между коническими стенками 2 и 3, завершая химические реакции, которые не прореагировали полностью в псевдоожиженном слое. Частицы катализатора, кроме разогрева потока газа, дополнительно ускоряют химические реакции за счет каталитических процессов. Часть тепла может подводиться (отводиться) от слоя за счет нагрева (охлаждения) конических стенок камеры. Продукты реакции, проходя вдоль конического канала, уходят через верхнее отверстие выхлопной цилиндрической трубы 4.

Благодаря наличию конических стенок, сужающихся к верху камеры, материал 6 остается в зоне, примыкающей к завихрителю, даже в начальный момент, когда слой еще не успел раскрутиться, что снижает вынос частиц из камеры.

На фиг. 2 показана расчетная объемная концентрация псевдоожиженного слоя частиц катализатора Al2O3 диаметром частиц 3 мм, где 8 - показано положение фотокамеры в экспериментальных исследованиях.

На фиг. 3 показана фотография слоя частиц катализатора Аl2О3 в вихревой камере при горении пропан-бутановой смеси с воздухом.

Использование предлагаемого устройства позволяет существенно увеличить скорость химической реакции за счет увеличения скоростей тепло-и массообмена газа и частиц дисперсного материала, имеющих место в закрученном газодисперсном потоке, при этом снизить унос и истирание частиц, приблизившись по этому показателю к характеристикам псевдоожиженного реактора с псевдоожижением в поле сил тяжести.

Вихревая камера для проведения химических реакций в псевдоожиженном слое частиц выполнена в виде двух соосных круговых усеченных конусов, образующих своими поверхностями кольцевой конический канал, стенки которого сходятся к верху к вертикальной оси камеры, а угол наклона канала равен углу между образующей конуса и его осью (осью камеры), отличающаяся тем, что угол наклона кольцевого конического канала к вертикальной оси камеры составляет 45 градусов, стенки кольцевого конического канала, сужающиеся к верху к оси камеры, примыкают к выхлопной цилиндрической трубе для отвода газа, а в нижней части кольцевого конического канала перпендикулярно коническим стенкам камеры установлен конический завихритель, который является газораспределительной решеткой подачи газа в слой псевдоожиженных частиц.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 61-70 из 95.
20.01.2018
№218.016.1e3a

Интенсивный конденсатор пара с контрастным и градиентным смачиванием

Изобретение относится к области интенсификации теплообмена при конденсации внутри труб и каналов, а также конденсации на поверхностях, расположенных в объеме пара. Интенсивный конденсатор пара с контрастным и градиентным смачиванием выполнен в форме охлаждаемого цилиндра, на внешнюю поверхность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640888
Дата охранного документа: 12.01.2018
20.01.2018
№218.016.1e46

Плоский эффективный конденсатор-сепаратор для микрогравитации и транспортных приложений

Изобретение относится к области мини- и микросистем, которые используют в электронике, медицине, энергетике, аэрокосмической индустрии, на транспорте и могут применяться в устройствах для охлаждения электроники. Согласно изобретению конденсатор и сепаратор выполнены в виде плоского охлаждаемого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640887
Дата охранного документа: 12.01.2018
04.04.2018
№218.016.2f1b

Оптический способ измерения поля толщины прозрачной наледи на лопастях ветрогенератора

Изобретение относится к области оптических измерений. Оптический способ измерения поля толщины прозрачной наледи на лопастях ветрогенератора заключается в освещении прозрачной наледи и фиксации видеокамерой изображения искаженного светового кольца, образованного на поверхности под наледью в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644625
Дата охранного документа: 13.02.2018
10.05.2018
№218.016.3978

Способ комплексной экспресс диагностики периодического нестационарного вихревого течения и устройство для его реализации

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет исследовать газожидкостные вихревые течения с любым соотношением жидкости и газа. Способ основан на совместном использовании ЛДА и PIV, включающем пропускание через измерительный объем лазерного излучения, проведение измерений...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647157
Дата охранного документа: 14.03.2018
10.05.2018
№218.016.397f

Горелочное устройство

Изобретение относится к области энергетики, в частности к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим для горения перегретый водяной пар. Горелочное устройство содержит цилиндрический корпус, пароперегреватель, установленный на корпусе, распылительную паровую форсунку, топливопровод,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647172
Дата охранного документа: 14.03.2018
10.05.2018
№218.016.39c1

Способ определения кинетических характеристик механоактивированного угля микропомола

Изобретение относится к области исследования свойств материалов, а более конкретно к способу определения кинетических характеристик угля микропомола, в том числе температуры воспламенения, энергии активации, предэкспоненциального множителя константы скорости реакции горения. Согласно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647204
Дата охранного документа: 14.03.2018
10.05.2018
№218.016.40f7

Устройство для испарения жидкости

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, может быть использовано в устройствах дозирования газов, а также может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности. В устройстве для испарения жидкости, содержащем мини- или микроканал для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649164
Дата охранного документа: 30.03.2018
10.05.2018
№218.016.413a

Способ охлаждения электронного оборудования с использованием комбинированных пленочных и капельных потоков жидкости

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в системах охлаждения электронного оборудования. В способе охлаждения электронного оборудования с использованием комбинированных пленочных и капельных потоков жидкости, основанном на движении тонкой пленки жидкости за счет потока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649170
Дата охранного документа: 30.03.2018
18.05.2018
№218.016.5060

Способ осаждения алмазных плёнок из термически активированной смеси газов и реактор для его реализации

Изобретение относится к области получения искусственных алмазов методом химического газофазного осаждения, в частности, связано с активацией потока смеси нейтральных газов нагретыми металлическими поверхностями и может быть использовано в электронике, приборостроении, на предприятиях,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653036
Дата охранного документа: 04.05.2018
25.06.2018
№218.016.66e0

Способ факельного сжигания низкосортных углей в котельных установках

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для сжигания низкосортных углей и отходов их переработки в энергетических пылеугольных котлах. Способ факельного сжигания низкосортных углей в котельных установках, при котором уголь подвергают механической активации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658450
Дата охранного документа: 21.06.2018
Показаны записи 1-3 из 3.
25.08.2017
№217.015.ca16

Мельница-сушилка для дробления, селективного помола и сушки полиминеральных отходов

Изобретение относится к горно-обогатительной технике и предназначено для дробления, селективного помола и сушки отходов обогащения углей, углистых аргиллитов, а также других полиминеральных отходов, в частности отходов флотационного обогащения железных руд, каолинов, песков и др....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619905
Дата охранного документа: 19.05.2017
19.01.2018
№218.015.fff9

Установка для дробления, селективного помола, сушки и сепарации полиминеральных промышленных отходов

Изобретение относится к горно-обогатительной технике и может быть использовано для селективного дробления, помола, сушки и сепарации отходов обогащения полиминеральных отходов, в частности углей, углистых аргиллитов, отходов флотационного обогащения железных руд, каолинов, песков и др....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629570
Дата охранного документа: 30.08.2017
02.10.2019
№219.017.cefa

Дозатор порошков металлоорганических материалов

Изобретение относится к устройствам для циклической дозированной подачи порошков металлоорганических соединений при осаждении покрытий. Сущность: устройство включает электродвигатель (2), соединенный с вращающимся валом (3). Соосно валу (3) установлены вращающийся диск (5) с дозирующими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700044
Дата охранного документа: 12.09.2019
+ добавить свой РИД