Реактор для проведения реакций гидролиза



Владельцы патента RU 2643976:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (ИК СО РАН) (RU)

Изобретение относится к химическим реакторам для проведения реакций гидролиза в гидротермальных условиях, например, для гидролиза неорганических солей, получения оксидов и гидроксидов путем гидролиза солей металлов. Реактор для проведения процессов гидролиза в гидротермальных условиях включает реакционный сосуд, соединенный с патрубком подачи воды, дренажной трубой и трубой сброса выхлопных газов, а патрубок сброса соединен с верхней частью реакционного сосуда. Реактор содержит встроенное устройство подачи и управления потоком вытесняющего газа, которое снабжено механизмом регулируемого выдвижения и позиционирования относительно уровня жидкости в реакторе для подачи вытесняющего газа в приповерхностное пространство над уровнем жидкости. При этом обеспечивается оптимизация профиля концентрации контактирующих веществ, интенсификация обратимых процессов гидролиза, полнота протекания реакций, повышение производительности реактора, а также обеспечение надежности и технологической гибкости устройства. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к химическим реакторам для проведения реакций гидролиза в гидротермальных условиях в присутствии воды при температурах выше 100°C и давлениях не менее величины давления насыщенного пара воды для данной температуры, например, для гидролиза неорганических солей, получения оксидов и гидроксидов путем гидролиза солей металлов, а также проведения обратимых реакций в водных растворах неорганических веществ в присутствии дополнительных компонентов, изменяющих гидролитические равновесия, например, комплексообразователей, осадителей, регуляторов рН, совместного гидролиза солей.

При проведении гидролиза часто возникает необходимость решения проблем полноты протекания гидролиза, что является общей проблемой проведения обратимых реакций. Также в многофазных системах при проведении химических реакций возникает необходимость решения проблем организации оптимального профиля концентрации контактирующих веществ (В.А. Кириллов. Реакторы с участием газа, жидкости и твердого неподвижного катализатора. Новосибирск, Изд-во Сибирского Отделения Российской Академии наук, 1997, 1997, 483 стр., ISBN-5-7692-0057-X). В случаях проведения обратимых реакций нахождение в зоне проведения реакции образующихся продуктов приводит к сдвигу равновесия в сторону образования исходных реагентов, а оптимизация профиля концентраций путем удаления из зоны реакции продукта приведет к сдвигу равновесия в сторону образования продуктов (принцип Ле Шателье).

Известен реактор для проведения экстракции и гидролиза в среде субкритической воды в статическом режиме (с постоянным объемом воды), представляющий собой герметично закрывающийся цилиндрический сосуд из нержавеющей стали, имеющий два отверстия для ввода и вывода компонентов реакции, расположенных на плоских поверхностях устройства (К.С. Тихомирова, Р.Н. Борисенко, Е.В. Ветрова, С.Н. Борисенко, Е.В. Максименко, Н.И. Борисенко, B.И. Минкин. Экстракция глицирризиновой кислоты из корня солодки в среде субкритической воды // Сверхкритические флюиды: теория и практика. 2008. №3. C. 71-74). Реактор не позволяет управлять профилем концентраций в зоне реакции и осуществить полное протекание обратимых реакций гидролиза.

Известен реактор для химических реакций для проведения реакций в среде субкритической воды, воды, находящейся под давлением выше атмосферного при температуре выше 100°C, например, реакций, протекающих с комплексообразованием, а также гидролиза, и экстракции (Пат. на полезную модель RU 125490, B01J 8/20, 10.03.2013), включающий корпус и четыре технологических отверстия, отличающийся тем, что отверстия снабжены клапаном и резиновой прокладкой, повторяющей форму клапана. Существенными недостатками известного реактора являются ограниченные возможности применения реактора. Реактор предназначен для проведения узкого круга процессов с использованием субкритической воды и не предназначен для проведения обратимых реакций гидролиза, не решены проблемы организации оптимального профиля концентрации контактирующих веществ, не решены проблемы надежности.

Известен также реактор, предназначенный для проведения щелочного гидролиза, который взят в качестве прототипа, представляющий собой реактор периодического действия, который используется в системах химической предочистки сточных вод (Пат. Китая №104817157, C02F 1/20; C02F 1/52; C02F 1/72, 2015.08.05). Реактор щелочного гидролиза включает реакционный сосуд, в котором реакционный сосуд соединен с патрубком подачи воды, дренажной трубой и трубой сброса; патрубок сброса выхлопных газов соединен с верхней частью реакционного сосуда; устройство нагрева и устройство аэрации расположены в реакционном сосуде; реакционный сосуд соединен с устройством добавления гидроксида кальция и гипохлорита кальция.

Реактор щелочного гидролиза обеспечивает предварительную обработку сточных вод путем химической очистки с широким диапазоном применения по составу сточных вод и с низкими эксплуатационными расходами. Существенными недостатками известного реактора являются ограниченные возможности применения реактора (используется окисление органических соединений гипохлоритами в присутствии воздуха, при этом перечень реакций гидролиза ограничен случаями гидролиза образующихся цианатов в карбонаты; температурная область применения ограничена диапазоном рабочих температур от 40 до 60°C, не решены проблемы организации оптимального профиля концентрации контактирующих веществ).

Изобретение решает задачу создания оптимального реактора для проведения процессов гидролиза в гидротермальных условиях различных неорганических солей, получения оксидов и гидроксидов путем гидролиза солей металлов, а также проведения обратимых реакций в водных растворах неорганических веществ в присутствии дополнительных компонентов, изменяющих гидролитические равновесия (комплексообразователей, осадителей, регуляторов рН, совместного гидролиза солей). При этом важно обеспечить решение проблем организации оптимального профиля концентрации контактирующих веществ, интенсифицировать процессы гидролиза, обеспечить полноту протекания реакций и обеспечить надежность и технологическую гибкость устройства.

Задача решается тем, что в реакторе гидролиза, включающем реакционный сосуд, в котором реакционный сосуд соединен с патрубком подачи воды, дренажной трубой и трубой сброса; патрубок сброса выхлопных газов соединен с верхней частью реакционного сосуда; реактор содержит встроенное устройство подачи и управления потоком вытесняющего газа, реактор дополнительно содержит встроенный коррозионно-стойкий вкладыш, реактор дополнительно имеет съемную верхнюю часть, реактор дополнительно имеет антикоррозионное покрытие внутренних поверхностей и устройств.

Технический результат - интенсификация обратимых процессов гидролиза, повышение производительности реакторов, в простоте изготовления и эксплуатации устройств, в широкой универсальности применения, в повышении надежности химических процессов.

Заявляемое устройство поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема устройства реактора для проведения реакций гидролиза в гидротермальных условиях, а также проведения обратимых реакций в водных растворах неорганических веществ в присутствии дополнительных компонентов, изменяющих гидролитические равновесия.

На чертеже представлена блок-схема реактора для проведения процессов гидролиза в гидротермальных условиях, где: 1 - реакционный сосуд, 2 - встроенный коррозионно-стойкий вкладыш, 3 - встроенное устройство подачи и управления потоком вытесняющего газа, 4 - патрубок подачи воды и реагентов, 5 - патрубок сброса выхлопных газов, 6 - дренажная труба, 7 - блок контроля состава и рН раствора, 8 - блок контроля и управления температурой и давлением, 9 - блок контроля и управления уровнем жидкости, 10 - механизм регулируемого выдвижения и позиционирования относительно уровня жидкости в реакторе.

Блок-схема демонстрирует суть заявляемого устройства реактора для проведения процессов гидролиза в гидротермальных условиях.

Устройство работает следующим образом.

В реактор 1 через патрубок подачи воды и реагентов 4 загружается необходимый объем раствора гидролизуемых веществ до уровня, контролируемого блоком контроля и управления уровнем жидкости 9, далее механизмом регулируемого выдвижения и позиционирования 10 производится позиционирование относительно уровня жидкости в реакторе встроенного устройства подачи и управления потоком вытесняющего газа 3, встроенным устройством подачи и управления потоком вытесняющего газа 3 в реактор в приповерхностное пространство над уровнем жидкости подается поток вытесняющего газа, предпочтительно более тяжелого, чем газы и пары, выделяющиеся в процессе гидролиза веществ, блоком контроля и управления температурой и давлением 8 производится нагрев реактора от внешнего источника до заданной температуры при одновременном достижении заданной величины давления за счет давления вытесняющего газа. При этом величина давления в реакторе равна или превосходит величину давления насыщенного пара воды для данной температуры. При этом выделяющиеся в процессе гидролиза газообразные продукты и пары веществ удаляются вытесняющим газом из зоны реакции через патрубок сброса выхлопных газов 5, что приводит к достижению оптимального профиля концентрации участвующих в реакции гидролиза веществ, и, соответственно приводит к интенсификации процесса гидролиза, обеспечивая полноту его протекания.

Выбор для реактора встроенного коррозионно-стойкого вкладыша 2 обусловлен необходимостью обеспечения надежности аппарата для проведения гидролиза коррозионно-опасных веществ и защиты от выделяемых агрессивных компонентов, например пары сильных кислот.

Выбор для реактора съемной верхней части позволяет решить проблему замены внутренних элементов конструкции реактора и элементов встроенного устройства подачи и управления потоком вытесняющего газа 4 при необходимости проведения ремонтных и регламентных работ по обслуживанию реактора, что облегчает проведение таких работ и повышает надежность проведения химических процессов.

Дополнительное антикоррозионное покрытие внутренних поверхностей и устройств обеспечивает безопасность проведения процессов гидролиза в гидротермальных условиях и также повышает надежность проведения химических процессов.

Механизм регулируемого выдвижения и позиционирования относительно уровня жидкости в реакторе 10 обеспечивает требуемое положение встроенного устройства подачи и управления потоком вытесняющего газа 3 относительно уровня жидкости, что повышает эффективность удаления выделяющихся в процессе гидролиза газообразных продуктов и паров веществ, способствуя достижению оптимального профиля концентрации участвующих в реакции гидролиза веществ, и, соответственно, интенсификации процесса гидролиза и полноты его протекания.

1. Реактор для проведения процессов гидролиза в гидротермальных условиях, включающий реакционный сосуд, соединенный с патрубком подачи воды, дренажной трубой и трубой сброса выхлопных газов, где патрубок сброса выхлопных газов соединен с верхней частью реакционного сосуда, отличающийся тем, что реактор содержит в верхней части реакционного сосуда механизм регулируемого выдвижения и позиционирования относительно уровня жидкости встроенного устройства подачи и управления потоком вытесняющего газа для подачи вытесняющего газа в приповерхностное пространство над уровнем жидкости.

2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что реактор содержит встроенный коррозионно-стойкий вкладыш.

3. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что верхняя часть реактора выполнена съемной.

4. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что реактор имеет антикоррозионное покрытие внутренней поверхности реактора и поверхности устройств.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений может быть использована для переработки осадков сточных вод с применением альтернативных независимых источников тепловой и электрической энергии.

Изобретение относится к способу переработки нефтесодержащих отходов (шламов) и может быть использовано в нефтяной, нефтеперерабатывающей и других отраслях народного хозяйства, на производственных объектах которых имеет место формирование, складирование и длительное хранение в земляных амбарах или бетонных шламонакопителях любых объемов нефтесодержащих отходов - опасного источника загрязнения окружающей среды.

Изобретение может быть использовано для устранения отходов и шламов, образующихся при очистке сточных вод. Для осуществления способа проводят кислотный окислительный гидролиз поступающих отходов при pH от 0,1 до 5,0 и при температуре от 35°C до 100°C путем введения в массу молекулярного кислорода и/или органического или неорганического пероксидного окисляющего агента (загрузки); проводят щелочной окислительный гидролиз полученной массы, выходящей из кислотного окислительного гидролиза, при pH от 8,0 до 12,0 и при температуре от 40°C до 100°C путем введения молекулярного кислорода и/или органического или неорганического пероксидного окисляющего агента; затем проводят химическое кондиционирование массы, выходящей из щелочного окислительного гидролиза, путем добавления кислотного реагента.

Изобретение относится к термохимической обработке осадка сточных вод (ОСВ) и может быть использовано на очистных сооружениях, на станциях биологической очистки бытовых и промышленных стоков.

Изобретения могут быть использованы в области очистки сточных вод. Способ очистки сточных вод анаэробной обработкой первичного осадка (PS) в емкости для отходов (5) и отдельной обработкой пастообразного избыточного шлама (ÜS).

Группа изобретений может быть использована для переработки осадков, образующихся при очистке городских и промышленных сточных вод, с получением негниющего осадка и электрической энергии.
Изобретение относится к области теплотехники и позволяет повысить экологическую эффективность процесса сжигания пастообразных осадков. Способ сжигания обезвоженных осадков сточных вод включает ввод осадков в закрученный вертикальных поток продуктов сгорания дополнительного жидкого или газообразного топлива.

Изобретение относится к способу и устройству для непрерывного термического гидролиза шлама, включающего биологический материал. Способ включает непрерывное осуществление стадий подачи биологического материала в зону подачи трубчатого реактора, чтобы повысить давление и обеспечить температуру в диапазоне 100-200°C без кипения биологического материала; подачи пара в реактор в зоне подачи пара, чтобы повысить температуру до температуры в диапазоне 100-200°C; поддерживания давления в реакторе в течение заданного периода времени, такого как 0-5 часов; подачи воды в реактор в зоне охлаждения, чтобы снизить температуру до температуры ниже 100°C, и введения биологического материала в зоне выпуска.

Изобретение относится к устройству для термического гидролиза органического материала, в котором предусмотрены по меньшей мере нагревательный элемент и охлаждающий элемент для нагревания или охлаждения органического материала.

Изобретение относится к способу обезвреживания отходов, содержащих углеводороды, включающему сжатие отходов и окислителя до давления Р>РкрН2О с последующей подачей в реактор.

Настоящее изобретение относится к сепараторному устройству, которое подходит для отделения частиц от потока текучей среды, в том числе к сепараторному устройству для использования в системе жидкостного отопления.

Изобретение может быть использовано в энергетике, водоочистке, топливной промышленности. Система для производства электроэнергии и очищенной воды включает в себя: i) оборудование для получения электроэнергии, преобразованной из солнечного излучения; ii) оборудование для получения электроэнергии из биотоплива; iii) оборудование для очистки воды; iv) оборудование для орошения и выращивания сельскохозяйственных культур; v) оборудование для производства биотоплива, в которой по меньшей мере один выходной продукт от оборудования для производства электроэнергии питает оборудование для очистки воды, которая используется в оборудовании для орошения и выращивания сельскохозяйственных культур, по крайней мере некоторые из которых или их остатки используются в оборудовании для производства биотоплива, служащего сырьем оборудования для производства электроэнергии из биотоплива, а компост для выращивания сельскохозяйственных культур получен из побочного продукта от производства биотоплива.

Изобретение относится к способу утилизации регенерационных растворов и может быть использовано в водоподготовке для уменьшения стоков натрий-катионитных фильтров в энергетике, пищевой, химической и металлургической промышленности.

Изобретение относится к способу эксплуатации водоумягчительной установки с автоматическим разбавительным устройством. Способ эксплуатации водоумягчительной установки (1) с автоматическим разбавительным устройством (19) заключается в том, что поступающий поток Vroh сырой воды подразделяется на первый частичный поток который умягчается, и второй частичный поток который не умягчается, и оба частичных потока Vteil2 объединяются в поток Vverschnitt смешанной воды, причем доли Ateil2 обоих частичных потоков в потоке Vverschnitt смешанной воды так регулируются автоматическим разбавительным устройством (19), что получается заданная жесткость SW в потоке Vverschnitt смешанной воды, причем регулируемые доли Ateil2 обоих частичных потоков рассчитываются по жесткости Hroh сырой воды и жесткости Hweich умягченной воды, и величина жесткости Hroh сырой воды выводится из проводимости LFroh сырой воды, проводимость LFweich умягченной воды измеряется датчиком (9а) электропроводности в умягченном первом частичном потоке и проводимость LFverschnitt смешанной воды измеряется датчиком (9b) электропроводности в потоке Vverschnitt смешанной воды, причем определяются доли Ateil2 частичных потоков в потоке Vverschnitt смешанной воды, и проводимость LFroh сырой воды рассчитывается из измеренной проводимости LFweich умягченной воды, измеренной проводимости LFverschnitt смешанной воды и рассчитанных долей Ateil2 частичных потоков.

Изобретение относится к процессам прямого осмоса, в частности к концентрированию различных технологических потоков, например рассолов в бассейнах. Мембранное устройство для проведения прямого осмоса приспособлено для погружения в бассейн для испарения соленой воды под действием солнечной радиации для предварительного концентрирования рассола.

Изобретение относится к устройствам для обработки морской воды по принципу обратного осмоса. Устройство для опреснения морской воды включает находящийся внутри закрепленного на рамной конструкции корпуса с всасывающим клапаном и клапаном для выпуска концентрата плунжерный насос, перемещение вертикально расположенного плунжера которого, содержащего работающий по принципу обратного осмоса скрученный в имеющий форму цилиндрической трубы рулон гибкий материал, представляющий собой мембрану обратного осмоса, в нижнее, выходящее за пределы корпуса положение, производится под действием его собственного веса, а подъем в верхнее положение осуществляется посредством гибкой связи, с одного конца соединяемой с находящимся со стороны нижнего торца плунжера подъемным приспособлением, а с другого конца - с источником однонаправленного прерывистого движения в виде преобразователя энергии морских волн.

Изобретение относится к аэрационной установке для обработки сточных вод. Многоступенчатая аэрационная установка включает по меньшей мере три вертикально ориентированных аэрационных блока, содержащих первый аэрационный блок, который принимает смесь жидкости и газа из источника газа и жидкости и два или более расположенных ниже аэрационных блоков.

Изобретение может быть использовано в горнорудной, перерабатывающей промышленности, в коммунальном хозяйстве и энергетике при очистке минерализованных сульфатсодержащих вод с высокой жесткостью.

Изобретение касается способов разделения потока текучей эмульсии на углеводородный поток и водный поток. Способ разделения потока текучей эмульсии, имеющей непрерывную водную фазу, на углеводородный поток и водный поток, в котором пропускают поток текучей эмульсии через микропористую мембрану с получением потока углеводородного продукта и потока водного продукта, мембрана содержит по существу гидрофобную, полимерную матрицу и по существу гидрофильный, тонкоизмельченный мелкозернистый, по существу нерастворимый в воде наполнитель, распределенный по матрице.

Изобретение относится к резервуарам для флотации и может быть использовано для отделения углеводородов от пластовой воды. Резервуар (10) для флотации, предназначенный для удаления посторонних примесей из поступающей в него текучей среды, содержит нижнюю часть, задающую днище (50) резервуара (10), стенку (45), задающую борта резервуара; ряд смежных камер внутри резервуара, отделенных друг от друга разделительными стенками (65), нефтесборный лоток (15), охватывающий каждую камеру и отделенный от каждой камеры переливной перегородкой (35).

Изобретение относится к системам и способам хранения полимеров. Способ включает транспортировку полимера в контейнер для хранения полимера по подающей линии с использованием среды-носителя.

Изобретение относится к химическим реакторам для проведения реакций гидролиза в гидротермальных условиях, например, для гидролиза неорганических солей, получения оксидов и гидроксидов путем гидролиза солей металлов. Реактор для проведения процессов гидролиза в гидротермальных условиях включает реакционный сосуд, соединенный с патрубком подачи воды, дренажной трубой и трубой сброса выхлопных газов, а патрубок сброса соединен с верхней частью реакционного сосуда. Реактор содержит встроенное устройство подачи и управления потоком вытесняющего газа, которое снабжено механизмом регулируемого выдвижения и позиционирования относительно уровня жидкости в реакторе для подачи вытесняющего газа в приповерхностное пространство над уровнем жидкости. При этом обеспечивается оптимизация профиля концентрации контактирующих веществ, интенсификация обратимых процессов гидролиза, полнота протекания реакций, повышение производительности реактора, а также обеспечение надежности и технологической гибкости устройства. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх