реакционный аппарат для проведения гетерогенных процессов

Формула изобретения

1. Реакционный аппарат для проведения гетерогенных процессов, включающий теплоизолированный корпус, обогреваемую реакционную камеру, установленную в корпусе с возможностью вращения от привода и выполненную в виде двух коаксиальных барабанов с отверстиями в стенках внутреннего барабана и ворошителями внутри него, узел загрузки твердого материала, узел ввода газа с патрубком, патрубок вывода отходящих газов, патрубок выгрузки продуктов реакции, отличающийся тем, что реакционная камера выполнена в виде конических барабанов с противонаправленной конусностью и снабжена наружным радиатором с патрубками ввода и вывода теплоносителя, узел ввода газа во внутренний барабан снабжен распределителем газа с отверстиями, обращенными к обрабатываемому материалу, во внутреннем барабане со стороны, противолежащей узлу загрузки материала, установлен шнек, а привод вращения реакционной камеры выполнен реверсивным.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что реакционная камера снабжена торцевыми опорными фланцами, установленными на два вала, размещенных в корпусе, один из которых связан с приводом вращения реакционной камеры.

3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что распределитель газа выполнен в виде двух коаксиальных труб, внутренняя сообщена с патрубком ввода газа, в наружной выполнены отверстия, обращенные к обрабатываемому материалу, а в зазоре между трубами размещен нагреватель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию урановых производств, а именно к оборудованию для переработки урановой стружки в окислы, и может быть использовано в химической, металлургической и других отраслях промышленности для проведения гетерогенных процессов.

Известна печь для обработки сыпучих материалов /1/, содержащая реакционную камеру, вращающуюся от привода и выполненную в виде барабана, снабженного бондажами, опирающимися на опорные станции. Нагрев загруженного в барабан материала осуществляется с помощью внутреннего и наружного змеевиков, в которые подают пар.

Изобретение не может быть использовано в урановом производстве из-за возможного попадания влаги в продукт вследствие нарушения целостности стенок змеевика под воздействием агрессивных сред.

Известна вращающаяся электрическая печь для производства металлического порошка /2/, содержащая реакционную камеру в виде вращающейся трубы с полками для перемешивания материала, узлы загрузки и выгрузки материала.

В известной печи /2/ не предусмотрены средства для охлаждения продуктов экзотермической реакции. Кроме того, печь имеет большие габариты из-за наличия выносимых опорных станций, обеспечивающих вращение барабана. Печь недостаточно эффективна и малонадежна.

Известна вращающаяся печь /3, прототип/, содержащая теплоизолированный корпус, обогреваемую топливными газами реакционную камеру, установленную с возможностью вращения от привода и выполненную в виде двух коаксиальных цилиндрических перфорированных барабанов. Барабаны связаны между собой и корпусом ребрами, выполняющими функцию ворошителей обрабатываемого материала. Печь снабжена узлами загрузки и выгрузки материала с патрубками, узлом ввода топливного газа и воздуха с патрубком, расположенным в узле загрузки твердого материала, а также патрубком вывода отходящих газов.

Печь обладает недостаточной эффективность, т.к. конструкция не обеспечивает оптимальных условий обработки крупных и мелких фракций материала окисляющими газами из-за отсутствия задержки крупных фракций в зоне обработки, из-за неравномерного распределения свежих порций окисляющего газа к обрабатываемому материалу по всей длине реакционной камеры при торцевом подводе газа, а также из-за отсутствия средств охлаждения материала перед выгрузкой. Кроме того, печь недостаточно надежна, т.к. конструктивное выполнение уплотнений реакционной камеры, узла загрузки материала и узла выгрузки продуктов реакции не обеспечивает необходимую герметичность, особенно при переработке ядовитых и агрессивных материалов.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании надежного и эффективного реакционного аппарата для переработки радиоактивных материалов.

Задача решается тем, что в реакционном аппарате для проведения гетерогенных процессов, включающем теплоизолированный корпус, обогреваемую реакционную камеру, установленную с возможностью вращения от привода и выполненную в виде двух коаксиальных барабанов с отверстиями в стенках внутреннего барабана и ворошителями внутри него, узел загрузки твердого материала, узел ввода газа с патрубком патрубок вывода отходящих газов, патрубок выгрузки продуктов реакции, реакционная камера выполнена в виде конических барабанов с противонаправленной конусностью и снабжена наружным радиатором с патрубками ввода и вывода теплоносителя, узел ввода газа во внутренний барабан снабжен распределителем газа с отверстиями, обращенными к обрабатываемому материалу, во внутреннем барабане со стороны, противолежащей узлу загрузки твердого материала, установлен шнек, а привод вращения камеры выполнен реверсивным. Кроме того, реакционная камера снабжена торцевыми опорными фланцами, установленными на два вала, размещенных в корпусе, один из которых связан с приводом вращения реакционной камеры, а распределитель газа выполнен в виде двух коаксиальных труб, внутренняя - сообщена с патрубком ввода газа, в наружной - выполнены отверстия, обращенные к обрабатываемому материалу, и в зазоре между трубами размещен нагреватель.

На фиг. 1 представлен аппарат в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Аппарат содержит корпус 1 с крышкой 2, теплоизоляцию 3 корпуса и крышки, реакционную камеру 4, узел загрузки твердого материала 5, узел ввода газа 6 с патрубком 7, патрубок 8 выгрузки продуктов реакции.

Реакционная камера 4 выполнена в виде двух коаксиальных конических барабанов 9, 10 с противонаправленной конусностью. Торец наружного барабана 9 со стороны большего основания открыт, а в стенке внутреннего барабана 10 выполнены отверстия 11 и в нем размещены ворошители 12 и шнек 13, установленный со стороны, противолежащей узлу загрузки 5 твердого материала. Наружный барабан 9 со стороны меньшего основания, а внутренний барабан 10 со стороны большего основания соединены с опорным фланцем 14 и внутренний барабан 10 со стороны узла загрузки соединен с опорным фланцем 15. Реакционная камера 4 опорными фланцами 14, 15 опирается на два вала 16, 17 (фиг. 2), установленных в корпусе 1. Для взаимодействия опорных фланцев 14, 15 с валами 16, 17 в валах выполнены проточки 18, 19, 20, 21, а на фланцах 14, 15 по периферии - опорные конические поверхности. Вал 16 связан ременной передачей 22 с реверсивным приводом 23. С наружной стороны реакционной камеры 4 в корпусе 1 размещены многоходовые радиаторы 24, 25 с патрубками 26, 27 для ввода и патрубками 28, 29 для вывода теплоносителя. Узел загрузки 5 твердого материала размещен в корпусе 1 со стороны меньшего основания внутреннего барабана 10 и содержит патрубок 30, крышку 31, с помощью которой закрывают отверстие 32 в корпусе 1 после загрузки твердого материала во внутренний барабан 10. В корпусе 1 со стороны, противолежащей узлу загрузки 5, расположен узел ввода газа 6 в барабан 10 с патрубком 7 и распределителем 33, выполненным в виде двух коаксиальных труб 34, 35. Внутренняя труба 34 сообщена с патрубком 7, а наружная труба 35 содержит торцевую заглушку 36 и отверстия 37 (фиг. 1), обращенные к обрабатываемому материалу. В зазоре 38 (фиг. 3) между трубами 34, 35 размещен нагреватель 39.

Корпус 1 снабжен патрубком 40 удаления отходящих газов из корпуса.

Аппарат работает следующим образом.

Урановую стружку загружают специальным приспособлением (не показано) через патрубок 30 внутрь барабана 10, отверстие 32 закрывают крышкой 31. Включают нагреватель 39, а также привод 23 вращения реакционной камеры 4 в направлении, при котором шнек 13 будет работать в режиме отбойник. В радиаторы 24, 25 через патрубки 26, 27 подают горячий теплоноситель (воздух) с последующим удалением его через патрубки 28, 29, а в узел ввода газа 6 подают воздух. В результате контакта с нагревателем 39 воздух нагревается и через отверстия 37 распределителя газа 33 направляется к обрабатываемому материалу (стружке). При вращении барабана материал перемешивается ворошителями 12 и перемещается по конической поверхности барабана 10 до шнека 13, который возвращает материал в реакционную зону. При достижении необходимой температуры в реакционной камере 4 происходит самовозгорание стружки. Поскольку реакция экзотермическая, то дальнейший обогрев прекращают с целью исключения образования спеков. Процесс образования окислов контролируют по температуре в реакционной камере 4, а регулируют температурный режим подачей холодного воздуха в радиаторы 24, 25 и в узел ввода газа 6. Образовавшиеся во время реакции окислы просыпаются через отверстия 11 в наружный барабан 10 и по его конической поверхности перемещаются к патрубку выгрузки 8. Отходящие газы удаляются из аппарата через патрубок 40. По завершении процесса включают реверс вращения реакционной камеры 4 и производят полную выгрузку материала из барабана 10 в барабан 9 с помощью шнека 13 через отверстия 11, расположенные у большего основания барабана 10.

Выполнение реакционной камеры в виде конических барабанов с противонаправленной конусностью и наличие реверсионного шнека обеспечивают оптимальные условия пребывания материала в реакционной камере до получения продуктов реакции необходимого качества. Наличие распределителя газов с отверстиями, направленными в сторону обрабатываемого материала, обеспечивают условия для подвода свежих порций окисляющего газа к обрабатываемому материалу по всей длине реакционной камеры. С помощью распределителя газов и радиатора в реакционной камере поддерживается оптимальный тепловой режим. Кроме того, конструкция аппарата позволяет разместить в корпусе узлы уплотнения реакционной камеры и ее опорные узлы и обеспечить герметичность аппарата. Конструкция аппарата позволяет упростить сборку и улучшить условия обслуживания.

В результате конструкция предлагаемого реакционного аппарата позволит повысить его эффективность и эксплуатационную надежность.

Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:

1. Авт. св. СССР N 497457, М. Кл. F 27 B 7/00, 1975.

2. Авт. св. СССР N 685889, М. Кл. F 27 B 7/00, C 21 B 13/08 1979.

3. Авт. св. СССР N 877235, М. Кл. F 23 G 5/00, 1981, прототип.