RU2636704C2 - Реактор со стабилизированной высокотемпературной приосевой струей - Google Patents
Реактор со стабилизированной высокотемпературной приосевой струей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2636704C2 RU2636704C2 RU2016115364A RU2016115364A RU2636704C2 RU 2636704 C2 RU2636704 C2 RU 2636704C2 RU 2016115364 A RU2016115364 A RU 2016115364A RU 2016115364 A RU2016115364 A RU 2016115364A RU 2636704 C2 RU2636704 C2 RU 2636704C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- jet
- temperature
- flow
- axial
- Prior art date
Links
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 21
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области высокотемпературных аппаратов, используемых в химических и металлургических производствах, в частности к реактору со стабилизированной высокотемпературной приосевой струей периферийным вихревым потоком. Реактор включает корпус с рубашкой охлаждения, электроразрядный генератор термической плазмы, образующий высокотемпературную струю, канал выхода газов и ротор с лопатками и приводом вращения, расположенный ниже по течению приосевой струи и создающий периферийный вихревой поток. Изобретение обеспечивает стабилизацию приосевого высокотемпературного потока и повышение эффективности процессов, осуществляемых в реакторе. 1 ил.
Description
Изобретение относится к высокотемпературным аппаратам, используемым в химических и металлургических производствах. Сложные неизотермические течения в каналах, в которых присутствуют приосевая высокотемпературная струя и периферийный вихревой поток холодного газа, находят широкое применение для стабилизации высокотемпературной зоны течения, снижения интенсивности ее рассеяния вследствие уменьшения турбулентных пульсаций скорости (ламинаризации течения) и, соответственно, увеличения времени пребывания в этой зоне. Подобные течения реализуются в различных практических приложениях - в электроразрядных генераторах низкотемпературной плазмы, в плазменных реакторах, в камерах сгорания. В электродуговых плазмотронах приосевой электрический разряд между анодом и катодом стабилизируется в канале за счет тангенциального вдува газа [Электродуговые генераторы термической плазмы. Ред. М.Ф. Жуков, И.М. Засыпкин. Новосибирск. Наука. 1999 г.]. Вихревое периферийное течение газа в канале используется также и для стабилизации высокочастотного (ВЧ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) электрических разрядов в ВЧ- и СВЧ-плазмотронах [Ю.Н. Туманов. Плазменные, высокочастотные, микроволновые и лазерные технологии в химико-металлургических процессах. Москва. Физматлит. 2010 г.]. В патенте РФ №2289893 (2006 г.) плазмохимический реактор, состоящий из осесимметричного корпуса с водоохлаждаемыми стенками и размещенными в верхней части корпуса генератором плазмы и форсунками для ввода реагентов на стенке корпуса, имеет кольцевое сопло с равномерно расположенными тангенциальными отверстиями для ввода защитного газа, обеспечивающее создание пристенного вихревого потока, предотвращающего отложение получаемого продукта на стенке реактора.
Создание периферийного вихревого потока за счет вдува дополнительного количества газа, массовый расход которого может значительно превышать расход приосевого потока, имеет серьезные недостатки при использовании подобных устройств в технологических процессах. Эти недостатки обусловлены снижением итоговой концентрации целевых компонентов в результате разбавления вводимым газом, при этом возрастают ресурсные затраты на дополнительный газ и затраты на аппаратурное оформление процесса.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для получения ультрадисперсного порошка [патент РФ №2207933, 2003 г.; Стороженко П.А., Гусейнов М.Л., Малашин С.И. Нанодисперсные порошки: методы получения и способы практического применения. Российские нанотехнологии, т. 4, №1 - 2, 2009, с. 27-39]. Устройство включает электродуговой испаритель перерабатываемого порошкового материала в стабилизированном потоке термической плазмы, при этом стабилизацию электродуговой плазмы осуществляют двумя встречными вихревыми газовыми потоками для достижения полной переработки (испарения) исходного сырья за счет увеличения пребывания испаряемых частиц в плазме дугового разряда. Электродуговой испаритель состоит из цилиндрического водоохлаждаемого корпуса, стержневых электродов, узлов ввода газов и перерабатываемого порошкового материала. Создание вихревых потоков в рассматриваемом электродуговом испарителе осуществляется вводом дополнительного газа. Это является существенным недостатком устройства, т.к. неизбежно приводит к увеличению материальных и ресурсных затрат на получение целевого продукта.
Задачей предложенного изобретения является: исключение использования дополнительных газов при стабилизации приосевой высокотемпературной струи в реакторе периферийным вихревым потоком, что обеспечит снижение затрат на проведение процесса в реакторе.
Сущность предложенного изобретения заключается в том, что для создания периферийного вихревого газового потока используется ротор, вращающийся внутри реактора, при этом ротор расположен соосно с осесимметричным корпусом реактора. На роторе расположены лопатки, которые при его вращении создают вихревой поток газа. Вращение ротора обеспечивается электродвигателем или любым другим устройством, обладающим вращательным моментом.
Схема предлагаемого реактора представлена на рисунке 1.
Реактор содержит: генератор высокотемпературной струи (1), корпус с рубашкой охлаждения (2), ротор (5) с лопатками (4) и приводом вращения (6), канал выхода газов (3).
Реактор выполнен в виде осесимметричного канала и пространственное расположение может быть вертикальным, горизонтальным или наклонным. Корпус реактора имеет рубашку водяного, газового или комбинированного охлаждения. Высокотемпературная струя истекает в реактор сверху или снизу, при этом диаметр реактора превышает диаметр струи, что необходимо для создания периферийного вихревого потока, стабилизирующего струю. Высокотемпературная струя создается в электроразрядном генераторе термической плазмы (дуговом, ВЧ, СВЧ), топливной горелке или другом нагревателе. Струя может быть как чисто газовой, так и газодисперсной, содержащей частицы твердой или жидкой фазы. В реакторе на валу, ось которого совпадает с осью реактора, размещен ротор с установленными на нем лопатками, которые при вращении ротора создают периферийный вихревой поток, стабилизирующий плазменную струю и, соответственно, уменьшающий интенсивность ее рассеяния. За счет изменения конфигурации и числа лопаток, а также за счет изменения расположения ротора в реакторе может обеспечиваться управление характеристиками вихревого потока. Для выхода газов из реактора на его боковой поверхности находятся один или несколько каналов, форма и расположение которых также может использоваться для изменения структуры и свойств течения в реакторе.
Реактор работает следующим образом. В генераторе высокотемпературного потока осуществляется нагрев газа в электрическом разряде или в результате экзогенной химической реакции, на выходе из генератора в поток могут вводиться газообразные или дисперсные компоненты. Далее высокотемпературная газовая или газодисперсная среда истекает сверху или снизу в виде приосевой струи в объем осесимметричного реактора с пространственным расположением, определяемым технологическим процессом. В нижней или верхней части реактора на валу расположен ротор с размещенными на нем лопатками, которые при вращении ротора с использованием привода создают в реакторе периферийный (пристенный) вихревой поток. Этот вихревой поток препятствует рассеянию приосевого высокотемпературного потока и обеспечивает тем самым увеличение времени пребывания перерабатываемых компонентов в зоне высоких температур и, соответственно, повышая их степень переработки. Продукты реакции выходят из реактора через каналы на его боковой поверхности.
Таким образом, предлагаемый вихревой реактор позволяет обеспечить стабилизацию приосевого высокотемпературного потока за счет создания периферийного вихревого течения без использования дополнительных газов, что повышает эффективность осуществляемых в реакторе процессов.
Claims (1)
- Реактор со стабилизированной высокотемпературной приосевой струей периферийным вихревым потоком, включающий корпус с рубашкой охлаждения, электроразрядный генератор термической плазмы, образующий высокотемпературную струю, канал выхода газов и ротор с лопатками и приводом вращения, расположенный ниже по течению приосевой струи и создающий периферийный вихревой поток.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016115364A RU2636704C2 (ru) | 2016-04-20 | 2016-04-20 | Реактор со стабилизированной высокотемпературной приосевой струей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016115364A RU2636704C2 (ru) | 2016-04-20 | 2016-04-20 | Реактор со стабилизированной высокотемпературной приосевой струей |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016115364A RU2016115364A (ru) | 2017-10-25 |
| RU2636704C2 true RU2636704C2 (ru) | 2017-11-27 |
Family
ID=60153740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016115364A RU2636704C2 (ru) | 2016-04-20 | 2016-04-20 | Реактор со стабилизированной высокотемпературной приосевой струей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2636704C2 (ru) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2207933C2 (ru) * | 2001-07-10 | 2003-07-10 | Кириллин Андрей Владимирович | Способ получения ультрадисперсного порошка и устройство для его осуществления |
| RU2289893C1 (ru) * | 2005-06-14 | 2006-12-20 | Михаил Алексеевич Горовой | Плазмохимический реактор |
-
2016
- 2016-04-20 RU RU2016115364A patent/RU2636704C2/ru active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2207933C2 (ru) * | 2001-07-10 | 2003-07-10 | Кириллин Андрей Владимирович | Способ получения ультрадисперсного порошка и устройство для его осуществления |
| RU2289893C1 (ru) * | 2005-06-14 | 2006-12-20 | Михаил Алексеевич Горовой | Плазмохимический реактор |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016115364A (ru) | 2017-10-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9293302B2 (en) | Method for processing a gas and a device for performing the method | |
| US11203692B2 (en) | Plasma gas throat assembly and method | |
| KR102769726B1 (ko) | 가스 처리용 플라즈마 반응기 | |
| EP3201125B1 (en) | A non-equilibrium plasma system for refining syngas | |
| Nunnally et al. | Dissociation of CO2 in a low current gliding arc plasmatron | |
| US20120034135A1 (en) | Plasma reactor | |
| RU2406592C2 (ru) | Способ и установка для получения нанопорошков с использованием трансформаторного плазмотрона | |
| RU2636704C2 (ru) | Реактор со стабилизированной высокотемпературной приосевой струей | |
| Safronov et al. | Investigation of the AC plasma torch working conditions for the plasma chemical applications | |
| RU2008137675A (ru) | Способ электротермического получения и обработки изделий и покрытий и устройство для его осуществления | |
| RU2082284C1 (ru) | Свч-плазмотрон циклонного типа | |
| US2728723A (en) | Method and apparatus for the production of heat-sensitive substances in electrical glow discharges | |
| RU2462332C2 (ru) | Способ получения нанодисперсных порошков и устройство для его осуществления | |
| RU2378194C2 (ru) | Реактор синтеза диоксида кремния и способ его получения пламенным гидролизом | |
| RU2137074C1 (ru) | Способ создания системы потоков в рабочей камере тепломассообменного аппарата и тепломассообменный аппарат | |
| RU2799318C1 (ru) | Устройство для проведения химических реакций в холодной плазме | |
| Borisov et al. | Studies into the modification of the composition of impurities of natural quartz particles in a dispersed plasma flow | |
| Domarov et al. | Electroplasma devices for processing and obtaining powder materials | |
| JP2023526649A (ja) | パルスプラズマを使用してガス混合物を変換するための方法およびシステム | |
| Kornev et al. | Gas-dynamic and thermal processes in a high-frequency induction plasma torch with tangential stabilization of the gas flow | |
| HK1242411B (zh) | 一种精炼合成气的非平衡等离子体系统和方法 | |
| RU2588258C2 (ru) | Способ и устройство для производства ацетилена с использованием плазменной технологии | |
| Dedov et al. | Research and development of nuclear-secure plasma reactor | |
| Mossé et al. | Interphase heat transfer between low-temperature plasma and disperse materials in a plasma reactor | |
| HK1242411A1 (en) | A non-equilibrium plasma system and method of refining syngas |