Массообменный аппарат

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в энергетических установках с жидкометаллическим теплоносителем. Массообменный аппарат содержит корпус и размещенную в нем проточную реакционную камеру, заполненную твердофазным гранулированным средством окисления, электрический нагреватель, расположенный в реакционной камере. Корпус аппарата оснащен хранилищем запасного твердофазного гранулированного средства окисления, расположенным ниже реакционной камеры и выполненным в виде присоединенного к реакционной камере стакана с днищем. Технический результат состоит в увеличении длительности работы массообменного аппарата. 18 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Массообменный аппарат относится к энергетическому машиностроению и может быть использован в энергетических установках с жидкометаллическим теплоносителем, содержащим свинец.

Уровень техники

Наиболее близким к заявленному техническому решению является массообменный аппарат по патенту на изобретение РФ №2246561, C23F 11/00, 20.02.2005], содержащий корпус и размещенную в нем проточную реакционную камеру, заполненную твердофазным гранулированным средством окисления, электрический нагреватель, расположенный в реакционной камере, перфорированную решетку для вывода обогащенного жидкометаллического теплоносителя, расположенную над реакционной камерой, служащую для вывода обогащенного кислородом жидкометаллического теплоносителя, перфорированную решетку для подвода жидкометаллического теплоносителя в реакционную камеру. Линия возврата выполнена в виде кольцевого канала. Корпус размещен внутри имеющей отверстия для прохода теплоносителя цилиндрической обечайки и образует с ней кольцевой канал, нижний торец цилиндрической обечайки заглушен, а ее верхний торец частично перекрыт, в плане, кольцевым козырьком-отбойником.

Недостатком известного устройства является ограниченное время работы, определяемое запасом твердофазного средства окисления. Увеличение ресурса за счет увеличения объема и загрузки реакционной камеры приведет к увеличению потребления электроэнергии, так как одновременно с увеличением объема реакционной камеры необходимо увеличить размеры и мощность нагревателя. Кроме того, имеются проблемы в обслуживании массообменного аппарата, так как при извлечении аппарата для перезарядки реакционной камеры одновременно извлекают и жидкометаллический теплоноситель, заполняющий аппарат и цилиндрическую обечайку.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание массообменного аппарата, обеспечивающего существенное повышение ресурса работы при однократной загрузке твердофазного гранулированного средства окисления без увеличения расхода электроэнергии при работе в режиме обогащения жидкометаллического теплоносителя. Еще одной задачей изобретения является создание массообменного аппарата, при извлечении которого извлекается минимальное количество жидкометаллического теплоносителя. Для решения поставленной задачи предлагается описанный ниже массообменный аппарат.

Технический результат состоит в увеличении ресурса работы и срока службы массообменного аппарата, снижении потребления электроэнергии, обеспечении возможности его размещения в условиях ограниченного пространства, обеспечении автоматической подачи свежего средства окисления и обеспечении удаления жидкометаллического теплоносителя из аппарата при его извлечении.

На указанные технические результаты оказывают влияние следующие существенные признаки массообменного аппарата.

Массообменный аппарат содержит корпус и размещенную в нем проточную реакционную камеру, заполненную средством окисления, снабженную регулируемой системой обогрева, и системы входа и выхода окисляемого материала, при этом корпус аппарата оснащен хранилищем запасного средства окисления.

При этом в массообменном аппарате в качестве регулируемой системы обогрева использован электронагреватель, в частности стержневого типа, а в электронагревателе в качестве нагревательного элемента используется проволока высокого сопротивления из нихрома или фехраля.

При этом хранилище запасного средства окисления состоит из днища и боковой стенки, образованной нижней частью корпуса, а в верхней части боковой стенки хранилища запасного средства окисления, примыкающей к реакционной камере, выполнены отверстия. Кроме этого, в нижней части боковой стенки хранилища запасного средства окисления выполнены отверстия.

При этом хранилище запасного средства окисления расположено ниже реакционной камеры и ниже нижнего торца электрического нагревателя. Кроме этого, в исходном состоянии объем хранилища запасного средства окисления заполнен средством окисления.

При этом проточная реакционная камера образована средней частью корпуса, ограниченной снизу верхней частью хранилища запасного средства окисления и сверху - ограничивающей решеткой, а в ограничивающей решетке выполнены отверстия.

При этом система входа окисляемого материала образована верхней частью боковой стенки хранилища запасного средства окисления.

При этом система выхода окисляемого материала образована ограничивающей решеткой реакционной камеры и отверстиями в стенке корпуса массообменного аппарата и расположена выше реакционной камерой.

При этом средство окисления выполнено твердофазным и состоящим из отдельных частиц. Кроме этого, в качестве твердофазного средства окисления используется гранулированный оксид свинца.

При этом все отверстия, кроме отверстий в стенке корпуса массообменного аппарата, образующих выход окисляемого материала, выполнены в виде системы щелей с шириной меньше размера частиц твердофазного средства окисления.

При этом массообменный аппарат размещается горизонтально в емкости окисляемого материала.

Оснащение массообменного аппарата хранилищем запасного твердофазного гранулированного средства окисления обеспечивает увеличение срока службы аппарата, так как обеспечивается подпитка реакционной камеры частицами средства окисления, предпочтительно гранулами, по мере израсходования частиц, загруженных в реакционную камеру. При этом расход электроэнергии не увеличивается, так как объем реакционной камеры и размер нагревателя не изменились.

Наличие отверстий в нижней части хранилища запасного средства окисления обеспечивает удаление окисляемого материала (жидкометаллического теплоносителя) из аппарата при его извлечении.

Для обогащения жидкометаллического теплоносителя кислородом возможно использование различных средств окисления (наполнителя) из кислородсодержащих материалов. В частности, возможно использовать соединения кислорода (оксиды) со свинцом, висмутом, оловом, цинком и другими элементами.

Предпочтительно использование средств окисления (наполнителя) из соединения с кислородом (оксида) такого элемента, который входит в состав жидкометаллического теплоносителя ядерного реактора, где планируется применение массообменного аппарата, что исключает загрязнение жидкометаллического теплоносителя посторонними элементами.

Средство окисления может быть выполнено в виде гранул, порошка или в иной форме, обеспечивающей возможность заполнения таким средством окисления реакционной камеры и хранилища запасного средства окисления.

Для упрощения в настоящем описании в качестве примера указано средство окисления в виде гранулированного оксида свинца, который может применяться для жидкометаллического теплоносителя, содержащего свинец.

Оксид свинца имеет плотность меньшую, чем чистый свинец, и гранулы оксида свинца поступают в реакционную камеру под действием выталкивающей силу, что обеспечивает автоматическую подачу свежего средства окисления до полного израсходования гранул оксида свинца. Восстановившийся свинец уносится потоком жидкометаллического теплоносителя.

Краткое описание чертежей

Схема массообменного аппарата на рисунке (Фиг. 1).

Осуществление изобретения

На рисунке приняты следующие обозначения: 1 - корпус; 2 - днище; 3 - крышка; 4 - перфорированная решетка; 5 - электрический нагреватель; 6 - твердофазное гранулированное средство окисления; 7 - выходные отверстия; 8 - входные отверстия; 9 - отверстия (дренажные); 10 - объем с теплоносителем; 11 - теплоноситель, 13 - проточная реакционная камера, 14 - нижняя часть хранилища запасного средства окисления (стакан); 15 - хранилище запасного твердофазного гранулированного средства окисления; 16 - карман для корпуса массообменного аппарата.

В состав массообменного аппарата входит емкость, образованная корпусом 1, ограниченная днищем 2 и кольцевой крышкой 3. В емкости размещены проточная реакционная камера 13, расположенная внутри емкости ниже уровня жидкометаллического теплоносителя и ограниченная сверху перфорированной решеткой 4. Ограничивающая решетка 4 предназначена для удерживания твердофазного гранулированного средства окисления 6 от всплытия под действием выталкивающей силы. Через ограничивающую решетку 4 и отверстия 7 в стенке корпуса 1, размещенные в верхней части стенки корпуса 1 над ограничивающей решеткой 4, обогащенный кислородом жидкометаллический теплоноситель выходит из массообменного аппарата и смешивается с теплоносителем основного контура установки.

Твердофазное средство окисления 6, помещенное под решеткой 4, при взаимодействии с жидкометаллическим теплоносителем растворяется, обогащая теплоноситель кислородом.

Нагреватель 5, расположенный в реакционной камере 13 и проходящий через перфорированную решетку 4, предназначен для подогрева теплоносителя в реакционной камере 13.

Входные отверстия 8 расположены в стенке корпуса 1 на уровне нижнего торца электрического нагревателя 5 для того, чтобы при работе массообменного аппарата жидкометаллический теплоноситель двигался в основном через слой твердофазного средства окисления, размещенный в реакционной камере 13 в зазоре между корпусом 1 и электрическим нагревателем 5.

Ниже реакционной камеры корпус 1 выполнен в виде стакана 14 с днищем 2, в котором размещено хранилище 15 запасного твердофазного гранулированного средства окисления 6.

Дренажные отверстия 9, расположенные в нижней части емкости, предназначены для дренирования жидкометаллического теплоносителя при извлечении массообменного аппарата из установки.

Выходные отверстия 7, входные отверстия 8, дренажные отверстия 9 и перфорация в решетке 4 выполнены, предпочтительно, в виде узких щелей с размером меньше гранул твердофазного средства окисления.

В рабочем положении массообменный аппарат погружен в свинецсодержащий теплоноситель так, чтобы выходные отверстия 7 находились ниже уровня жидкометаллического теплоносителя. Массообменный аппарат размещается в емкости установки, через которую обеспечивается проток жидкометаллического теплоносителя. Если высота слоя жидкометаллического теплоносителя недостаточна для погружения в него корпуса массообменного аппарата, емкость оснащают карманом 16, в который утапливается корпус 1 массообменного аппарата. Проток жидкометаллического теплоносителя через карман 16 обеспечивается за счет конвективного течения жидкометаллического теплоносителя через реакционную камеру при работе электрического нагревателя 5

Массообменный аппарат работает следующим образом. При включении электрического нагревателя 5 за счет естественной конвекции создается расход жидкометаллического теплоносителя через гранулированное твердофазное средство окисления 6, размещенное в проточной реакционной камере 13 в зазоре между корпусом 1 и электрическим нагревателем 5. Жидкометаллический теплоноситель 11 из окружающего объема поступает в массообменный аппарат через входные отверстия 8 и движется снизу вверх через гранулированное твердофазное средство окисления 6, размещенное в реакционной камере 13. Гранулы твердофазного средства окисления при взаимодействии с теплоносителем растворяются в нем, обогащая жидкометаллический теплоноситель кислородом. Обогащенный кислородом жидкометаллический теплоноситель выходит из массообменного аппарата через выходные отверстия 7 и смешивается с жидкометаллическим теплоносителем основного контура установки. Величина производительности, то есть количество кислорода, поступающего из массообменного аппарата в единицу времени, регулируется путем изменения мощности электрического нагревателя. При работе массообменного аппарата практически отсутствует расход жидкометаллического теплоносителя через запас твердофазного средства окисления, расположенного в хранилище 15, находящемся в стакане 14 в нижней части корпуса между днищем 2 и реакционной камерой. В процессе эксплуатации сначала начинает срабатываться слой гранулированного твердофазного средства окисления, размещенный в реакционной камере 13 зазоре между корпусом 1 массообменного аппарата и электрическим нагревателем 5, через который обеспечивается расход теплоносителя. Причем данный слой находится при повышенной температуре, что способствует растворению твердофазного средства окисления. Поскольку плотность твердофазного средства окисления (оксида свинца) меньше плотности жидкометаллического теплоносителя, то по мере срабатывания вышеупомянутого слоя запас твердофазного средства окисления, расположенный в хранилище 15, всплывая, заполняет освободившееся пространство в реакционной камере 13 между корпусом массообменного аппарата и электрическим нагревателем.

Пример конкретного исполнения массообменного аппарата.

Конструктивные характеристики массообменного аппарата и используемые материалы:

корпус 1: внутренний диаметр - 64 мм, высота - 1500 мм, размер входных и дренажных отверстий - 2 мм, размер выходных отверстий - 10 мм, материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т;

перфорированная решетка 4: размер перфорации - 2 мм, материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т;

электрический нагреватель 5: тип - стержневой электронагреватель мощностью 7 кВт, высота греющей части - 820 мм, диаметр корпуса нагревателя - 25 мм, нагревательный элемент - нихромовая проволока (Х20Н80) диаметром 1,6 мм;

твердофазное средство окисления 6: шаровая засыпка из гранул диаметром 8-9 мм, материал - оксид свинца (PbO) марки «Ч», ТУ 6-09-5382-88.

Свинецсодержащий жидкометаллический теплоноситель: сплав свинец-висмут, температура - 340°С.

Производительность по кислороду (при температуре 340°С на входе): ~ 1 г[O]/ч.

1. Массообменный аппарат, содержащий корпус и размещенную в нем проточную реакционную камеру, заполненную средством окисления, снабженную регулируемой системой обогрева, и системы входа и выхода окисляемого материала, отличающийся тем, что корпус аппарата оснащен хранилищем запасного средства окисления.

2. Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в нем в качестве регулируемой системы обогрева использован электронагреватель, в частности стержневого типа.

3. Массообменный аппарат по п.2, отличающийся тем, что в электронагревателе в качестве нагревательного элемента используется проволока высокого сопротивления из нихрома или фехраля.

4. Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что хранилище запасного средства окисления состоит из днища и боковой стенки, образованной нижней частью корпуса.

5. Массообменный аппарат по п.4, отличающийся тем, что в верхней части боковой стенки хранилища запасного средства окисления, примыкающей к реакционной камере, выполнены отверстия.

6. Массообменный аппарат по п.4, отличающийся тем, что в нижней части боковой стенки хранилища запасного средства окисления выполнены отверстия.

7. Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что хранилище запасного средства окисления расположено ниже реакционной камеры.

8. Массообменный аппарат по п.2, отличающийся тем, что хранилище запасного средства окисления расположено ниже нижнего торца электрического нагревателя.

9. Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в исходном состоянии объем хранилища запасного средства окисления заполнен средством окисления.

10. Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что проточная реакционная камера образована средней частью корпуса, ограниченной снизу верхней частью хранилища запасного средства окисления и сверху - ограничивающей решеткой.

11. Массообменный аппарат по п.10, отличающийся тем, что в ограничивающей решетке выполнены отверстия.

12. Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что система входа окисляемого материала образована верхней частью боковой стенки хранилища запасного средства окисления.

13. Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что система выхода окисляемого материала образована ограничивающей решеткой реакционной камеры и отверстиями в стенке корпуса массообменного аппарата.

14. Массообменный аппарат по п.13, отличающийся тем, что система выхода окисляемого материала расположена выше реакционной камерой.

15. Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что средство окисления выполнено твердофазным.

16. Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что средство окисления выполнено состоящим из отдельных частиц.

17. Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердофазного средства окисления используется гранулированный оксид свинца.

18. Массообменный аппарат по любому из пп. 5, 6 и 11, отличающийся тем, что отверстия выполнены в виде системы щелей с шириной меньше размера частиц твердофазного средства окисления.

19. Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что он размещается горизонтально в емкости окисляемого материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к емкости для хранения, или перемещения, или дегазации порошкового полимера. Емкость для порошкового полимера включает силос, имеющий основной вертикальный цилиндр и бункер в нижней части цилиндра, так что порошковый полимер занимает весь объем бункера и часть объема цилиндра, впускную трубу силоса для порошкового полимера, подсоединенную к силосу на уровне, расположенном по высоте выше порошкового полимера, подсоединенную в верхней части силоса, и выпускную трубу бункера для порошкового полимера, подсоединенную к бункеру, в его нижней части.

Изобретение относится к области химической технологии энергонасыщенных материалов, а именно к способам утилизации образующихся отходов производства бракованного и просроченного продукта, и предназначено для лабораторных методов разложения тринитротолуола.

Настоящее изобретение относится к установке коксования в псевдоожиженных условиях, имеющей реакционную емкость с отпарной секцией, включающей горизонтально расположенные перегородки отпарной секции, на которые распыляют пар для отдувки окклюдированных углеводородов из продукта-кокса, при этом эти перегородки отпарной секции расположены в отпарной секции горизонтально в виде находящихся на расстоянии друг от друга по вертикали ярусов, в каждом из которых перегородки размещены параллельно друг другу.

Изобретение относится к технологии производства полипропилена и сополимера пропилена с этиленом и касается области совершенствования и модернизации промышленных суспензионных процессов.

Изобретение относится к устройству для равномерного разделения потоков текучей среды на потоки в химических аппаратах. Устройство для равномерного разделения жидких потоков текучей среды, в которых, по меньшей мере, одно вещество растворено и/или присутствует в виде суспензии в химических аппаратах, на два или несколько отдельных потоков включает, по меньшей мере, одну пластину с двумя или несколькими отверстиями, которые скруглены или снабжены фаской на входной стороне частичных потоков.

Изобретение относится к химико-энергетическому машиностроению, в частности к пиролизным реакторам, и может быть использовано в различных конструкциях пиролизных реакторов различного назначения.

Способ относится к введению порошка катализатора на основе титанового соединения, нанесенного на галогенид магния в качестве носителя, в газофазный реактор полимеризации олефинов.

Изобретение относится к сформированным катализаторным блокам, способу их изготовления, способу загрузки катализатора в реактор. Катализаторный блок, пригодный для загрузки в трубу, включает множество катализаторных частиц Фишера-Тропша, содержащих один или более восстанавливаемых металлов, выбираемых из Co или Fe в оксидной или восстановленной форме, расположенных в удаляемой матрице из воска или полимера, указанный блок имеет форму удлиненного тела, в котором частицы заполнены так, что объемная усадка после удаления удаляемой матрицы составляет ≤20%.

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано в энергетических и исследовательских установках с жидкометаллическим свинецсодержащим теплоносителем.

Способ карбонилирования для получения уксусной кислоты, включающий: (a) карбонилирование метанола или его реакционноспособных производных в присутствии катализатора - металла группы VIII и промотора йодистого метила для получения жидкой реакционной смеси, включающей уксусную кислоту, воду, метилацетат и йодистый метил; (b) подачу жидкой реакционной смеси при температуре питания в емкость мгновенного испарения, которую поддерживают под пониженным давлением; и (c) подогрев емкости мгновенного испарения, в то время как одновременно происходит мгновенное испарение реакционной смеси для получения парового потока неочищенного продукта, где реакционную смесь выбирают и расход реакционной смеси в емкость мгновенного испарения, а также количество тепла, подводимого к емкости мгновенного испарения, регулируют так, чтобы поддерживать температуру парового потока неочищенного продукта менее чем на 32,22°С (90°F) ниже температуры ввода жидкой реакционной смеси в испаритель мгновенного действия, и концентрация уксусной кислоты в паровом потоке неочищенного продукта была больше 70% от массы парового потока неочищенного продукта.

Изобретение относится к смесительному устройству и может использоваться для изготовления готовых к употреблению медицинских промывочных растворов, прежде всего концентратов для гемодиализа.

Изобретение относится к приготовлению растворов каучуков, например, таких как бутилкаучук, с целью его последующей модификации или получения латекса, и к оборудованию для растворения полимерных материалов.

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, к производству специализированной технологической техники, предназначенной для перекачки и подогрева технологической жидкости при работах по гидроразрыву пластов как высокотехнологичное ресурсосберегающее устройство, удовлетворяющее требованиям промышленной экологической безопасности.

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано в энергетических и исследовательских установках с жидкометаллическим свинецсодержащим теплоносителем.

Изобретение относится к устройству для подготовки водного раствора соли, в частности хлорида кальция, для использования в качестве поверхностного антиобледенителя.

Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано в технологии растворения химических концентратов природного урана, облученного или регенерированного ядерного топлива с целью получения растворов уранилнитрата, направляемых на экстракционный аффинаж для получения ядерно-чистых материалов, пригодных для производства гексафторида урана для обогащения.

Изобретение относится к биоцидному картриджу для использования в устройстве очистки воды, имеющему механизм автоматического перекрывания потока воды при окончании срока службы.

Изобретение относится к медицине и фармацевтической промышленности, а именно к системе для приготовления и приведения в готовый вид текучей среды (43), образованной смешиванием сухого вещества (39) и жидкости (41), в особенности среды для терапевтических целей, которая содержит следующие компоненты: а) первый контейнер (1) для приема жидкости (41) с участком (3) стенки, деформируемым для изменения объема против действия возвратного усилия; b) второй контейнер (35) для приема сухого вещества (39); с) передаточное устройство для установления сообщения между первым контейнером (1) и вторым контейнером (35).

Изобретение относится к технологии приготовления высокомолекулярных соединений и может быть использовано для приготовления растворов высокомолекулярных полимеров, например полиизобутилена в керосине.

Изобретение может быть использовано в производстве хлористого калия. Способ управления процессом растворения сильвинитовых руд включает регулирование подачи руды в зависимости от содержания полезного компонента во входных потоках, измерение температуры во входных потоках, измерение температуры готового раствора, определение содержания хлористого натрия расчетным путем, измерение плотности, температуры и расхода растворяющего раствора, определение в нем содержания хлористого натрия по содержанию полезного компонента, плотности и температуре, расчет подачи руды. При осуществлении процесса растворения сильвинитовых руд на двух параллельных линиях с общим расходом руды и коррекцией расхода руды по составу готового раствора дополнительно измеряют содержание хлористого калия и хлористого магния в готовом растворе, расход растворяющего раствора на каждую линию и определяют расход руды на одну из линий и общий расход растворяющего раствора. Вычисленные значения подают в качестве задания в систему управления весовыми дозаторами руды общего потока и второй линии. Изобретение позволяет упростить процесс за счет сокращения числа аппаратов и количества средств контроля и управления. 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в энергетических установках с жидкометаллическим теплоносителем. Массообменный аппарат содержит корпус и размещенную в нем проточную реакционную камеру, заполненную твердофазным гранулированным средством окисления, электрический нагреватель, расположенный в реакционной камере. Корпус аппарата оснащен хранилищем запасного твердофазного гранулированного средства окисления, расположенным ниже реакционной камеры и выполненным в виде присоединенного к реакционной камере стакана с днищем. Технический результат состоит в увеличении длительности работы массообменного аппарата. 18 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх