Плазмохимический реактор

Плазмохимический реактор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к аппаратам химической технологии и может быть использовано в производстве диоксида титана.

Из уровня техники известен плазмохимический реактор для получения диоксида титана по хлоридной технологии, содержащий осесимметричный корпус с водоохлаждаемыми стенками и выходным отверстием в нижней части, генератор плазмы, размещенный в верхней части корпуса, и форсунки для ввода реагентов, установленные в средней части корпуса, сопла которых направлены в сторону выходного отверстия (RU 2052908 C1, H 05 H 1/42, 1996; WO 97/19895 A1, H 05 H 1/42, 1997). Основным недостатком известного устройства является возможность образования в процессе получения диоксида титана на стенке реактора ниже форсунок твердых наростов, которые приводят к нарушению течения процесса, к ухудшению качества получаемого продукта и к снижению надежности работы реактора.

Изобретение направлено на повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик плазмохимического реактора путем исключения образования наростов на стенке реактора в зоне факела распыливания форсунками исходных реагентов.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в плазмохимическом реакторе, содержащем осесимметричный корпус с водоохлаждаемыми стенками и выходным отверстием в нижней части, генератор плазмы, размещенный в верхней части корпуса, и форсунки для ввода реагентов, установленные в средней зоне корпуса, сопла которых направлены в сторону выходного отверстия, согласно изобретению, на стенке корпуса выполнено кольцевое сопло в виде направленного соосно к выходному отверстию пристенного кольцевого канала, образованного кольцевым буртиком корпуса и внутренней стенкой кольцевого коллектора для ввода защитного газа, снабженной равномерно расположенными тангенциальными отверстиями, при этом плоскость выходного сечения кольцевого сопла размещена ниже уровня выходных сечений сопел форсунок, равномерно установленных по окружности, на расстоянии

Н<1/2(D₁-D₂)ctg(α/2),

где Н - расстояние между плоскостью выходного сечения кольцевого сопла и уровнем расположения выходных отверстий форсунок;

D₁ - диаметр корпуса;

D₂ - диаметр окружности, по которой установлены форсунки;

α - угол факела распыла форсунок.

В реакторе малой мощности предпочтительно размещение одной центральной форсунки соосно в средней зоне корпуса.

Причем генератор плазмы может быть выполнен с катодным и анодным узлами, которые установлены под углом друг к другу и снабжены патрубками подачи кислорода.

Наличие кольцевого сопла с кольцевым коллектором, размещенного ниже уровня выходных сечений сопел форсунок на расстоянии, обеспечивает формирование тонкого слоя газовой завесы в виде вихревого течения защитного газа у стенки реактора, который предотвращает контактирование непрореагировавших капель или частиц исходных реагентов со стенкой и образование наростов, но малая толщина которого исключает отрицательное влияние на протекание процессов в полости реактора.

На фиг.1 изображен продольный разрез плазмохимического реактора; на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид В на фиг.1.

Плазмохимический реактор содержит корпус, составленный из водоохлаждаемых верхней 1 части, в которой установлены катодный и анодный узлы 2 и 3 двухструйного генератора плазмы (плазмотрона), и нижней части 4 с выходным отверстием 5, и размещенные в средней зоне корпуса форсунки 6 для ввода реагентов с патрубками 7 для подачи жидкого тетрахлорида титана, сопла которых ориентированы в сторону выходного отверстия 5. Между верхней и нижней частями 1 и 4 корпуса установлен кольцевой коллектор 8 для ввода защитного газа, а верхняя часть 1 корпуса внизу снабжена буртиком 9, образующим с внутренней стенкой 10 кольцевого коллектора 8, которая выполнена с равномерно расположенными тангенциальными отверстиями 11, кольцевое сопло 12 в виде направленного соосно к выходному отверстию 5 пристенного кольцевого канала. При этом плоскость выходного сечения кольцевого сопла 12 размещена ниже уровня выходных сечений сопел форсунок 6, равномерно установленных по окружности, на расстоянии

Н<1/2(D₁-D₂)ctg(α/2),

где Н - расстояние между плоскостью выходного сечения кольцевого сопла и уровнем расположения выходных отверстий форсунок;

D₁ - диаметр корпуса;

D₂ - диаметр окружности, по которой установлены форсунки;

α - угол факела распыла форсунок.

Плазмохимический реактор для получения диоксида титана по хлоридной технологии работает следующим образом.

В катодный 2 и анодный 3 узлы генератора плазмы - плазмотрона подают кислород, который в дуге плазмотрона нагревается до плазменного состояния. Из плазмотрона струи кислородной плазмы поступают во внутреннюю полость верхней части 1 корпуса реактора, где формируется поток кислородной плазмы, который заполняет всю площадь поперечного сечения и, обтекая форсунки 6, направляется к выходному отверстию 5. В форсунки 6 через патрубки 7 подают под давлением жидкий тетрахлорид титана (TiCl₄) с взвешенными в нем частицами алюминиевого порошка, а в кольцевой коллектор 8 по патрубку 13 подают защитный газ - кислород. Форсунки 6 распыливают тетрахлорид титана, факел распыливания смешивается с плазмой кислорода, образуя реагирующий поток, в котором происходит испарение терахлорида титана и окисление паров до диоксида титана. При этом основная масса содержащихся в каплях частиц порошка алюминия после испарения тетрахлорида титана окисляется до Al₂О₃, но наиболее крупные частицы порошка алюминия и крупные капли тетрахлорида титана, которые не успевают испариться, не попадают на стенку корпуса реактора из-за наличия у стенки в зоне факела распыливания форсунок 6 тонкой вихревой газовой завесы, образованной истекающим из кольцевого сопла 12 потоком защитного газа, причем тангенциальные отверстия 11 кольцевого коллектора 8 направляют по касательной к стенке корпуса реактора струи кислорода, а буртик 9 препятствует распространению струй кислорода в радиальном направлении вглубь полости реактора.

Таким образом, исключается контактирование непрореагировавших капель или частиц исходных реагентов со стенкой корпуса реактора и образование наростов, что повышает устойчивость и надежность работы реактора и способствует улучшению эксплуатационных характеристик и качества получаемого продукта.

1. Плазмохимческий реактор для получения диоксида титана по хлоридной технологии, содержащий осесимметричный корпус с водоохлаждаемыми стенками и выходным отверстием в нижней части, генератор плазмы, размещенный в верхней части корпуса, и форсунки для ввода реагентов, установленные в средней зоне корпуса, сопла которых направлены в сторону выходного отверстия, отличающийся тем, что на стенке корпуса выполнено кольцевое сопло в виде направленного соосно к выходному отверстию пристенного кольцевого канала, образованного кольцевым буртиком корпуса и внутренней стенкой кольцевого коллектора для ввода защитного газа, снабженной равномерно расположенными тангенциальными отверстиями, при этом плоскость выходного сечения кольцевого сопла размещена ниже уровня выходных сечений сопел форсунок, равномерно установленных по окружности, на расстоянии

H<1/2(D₁-D₂)ctg(α/2),

где Н - расстояние между плоскостью выходного сечения кольцевого сопла и уровнем расположения выходных отверстий форсунок;

D₁ - диаметр корпуса;

D₂ - диаметр окружности, по которой установлены форсунки;

α - угол факела распыла форсунок.

2. Плазмохимический реактор по п.1, отличающийся тем, что генератор плазмы выполнен с катодным и анодным узлами, которые установлены под углом друг к другу и снабжены патрубками подачи кислорода.