Устройство с псевдоожиженным фонтанирующим слоем кольцеобразной формы и способ его работы

Устройство с псевдоожиженным фонтанирующим слоем кольцеобразной формы и способ его работы

Реферат

Изобретение относится к устройствам с фонтанирующим кольцевым псевдоожиженным слоем, а именно – реакционных камер устройств с вращающимся фонтанирующим кольцевым кипящим (псевдоожиженным) слоем для проведения различных химических реакций (технологических процессов), в том числе, для очистки газовых смесей, для сушки материалов, пиролиза, газификации, для сжигания твердого горючего материала, (например, промышленных отходов, сельскохозяйственных отходов, твёрдых бытовых отходов - ТБО, угля, ила очистных сооружений, отходов реакторов аэробного и анаэробного сбраживания и т.д.), а также для проведения других технологических процессов, проводимых в устройствах с псевдоожиженным слоем.

Фонтанирование дисперсного материала в восходящем потоке воздуха представляет собой одну из разновидностей псевдоожижения, осуществляемую в цилиндроконических или в конических аппаратах.

Реакторы с фонтанирующим псевдоожиженным слоем имеют ряд преимуществ, которых нет у реакторов с другим типом псевдоожиженния. В частности, они более удобны для обработки полидисперсных материалов, а также для тонкодисперсных частиц, трудно поддающихся псевдоожижению в устройствах с другим видом псевдоожижения.

Вместе с тем, реакторы с фонтанирующим псевдоожиженным слоем имеют и недостатки по сравнению с устройствами, использующими другой тип ожижения. Один из основных – это меньшая производительность вследствие ограниченности зоны обработки материала только объемом фонтана. Для устранения этого недостатка используют устройства с кольцевым фонтаном. Однако при слишком большом радиусе кольца по сравнению со слоем, в котором создается фонтан, возможен прорыв фонтана в одном месте кольца. Для уменьшения вероятности такого прорыва фонтану дополнительно придают вращение вокруг вертикальной оси фонтана. Вращение, хотя и стабилизирует фонтан, в свою очередь, приводит к появлению центробежных сил, выносящих частицы обрабатываемого материала из фонтана. Причем, чем тяжелее (крупнее) частица, тем быстрее она выносится из фонтана. Хотя для обработки именно тяжелых и крупных частиц требуется наибольшее время. Таким образом, во вращающемся фонтане происходит сепарация частиц. Самые крупные частицы слишком быстро отбрасываются из фонтана на периферию, опускаются к основанию фонтана и вновь попадают в него. Слишком долго циркулируя из фонтана на периферию (где не обрабатываются) и снова в фонтан, такие крупные частицы уменьшают производительность устройства.

Увеличение интенсивности обработки и сокращение времени обработки материалов в устройстве с кольцевым вращающимся фонтанирующим псевдоожиженным слоем путем дополнительной обработки материалов вне фонтана, но внутри устройства (в частности, на его внутренней поверхности) является одной из целей настоящего изобретения.

Во время работы реактора с вращающимся фонтанирующим кольцевым псевдоожиженным слоем в его псевдоожижающей камере образуется так называемый псевдоожиженный слой в виде кольцевого вращающегося фонтана. Он состоит из газа, в среде которого распределены негазообразные (твердые и/или жидкие) частицы, и этот газ находится в турбулентном состоянии. В результате этой турбулентности в псевдоожиженном слое обеспечивается хорошее перемешивание негазообразных (конденсированных) и газовой фаз, благодаря чему обеспечивается возможность оптимальной массопередачи, теплопередачи и взаимодействия материалов.

В большинстве случаев псевдоожижающий газ проходит сквозь реактор через днище кверху. После устройства ввода псевдоожижающего газа в реактор (входного газового порта) реактор имеет стесненную область, с помощью которой и формируется фонтан псевдоожиженного материала. Эта стесненная область конструктивно принадлежит днищу реактора и содержит либо псевдоожижающую пластину (перфорированную), или одно сопло, либо совокупность сопел (далее будет использован термин «сопловое днище»). Назначение этого соплового днища состоит в обеспечении достаточно высокой скорости газа с целью недопущения оседания на днище твердофазных частиц и обеспечение равномерности распределения газового потока по поверхности соплового днища.

Недостатками соплового днища являются сложность его конструкции, связанная со сложностью конструкции достаточно высокая трудоемкость в изготовлении, а также необходимость периодического осмотра и обслуживания.

Над сопловым днищем в реакторах с псевдоожиженным слоем располагается псевдоожижающая камера, которая по форме может быть цилиндрической или конической, или же представлять собой комбинацию конической части и следующей за ней цилиндрической части. В псевдоожижающей камере происходит большая часть проводимых в реакторе технологических процессов, поэтому в дальнейшем ее будем называть «реакционная камера».

В центре реакционной камеры обычно располагается элемент в виде сплошного стержня или трубы, имеющих форму тела вращения, ось которого совпадает с осью реакционной камеры. Эта конструкция снизу проходит сквозь сопловое днище и может достигать или не достигать верха (крышки) реакционной камеры. Основное назначение этого элемента – создание фонтана в виде кольца. В случае выполнения этого элемента в виде трубы, он может служить газоходом для отвода продуктов обработки и отработанных газов из реакционной камеры, а также пространством для проведения дополнительных технологических операций.

Отвод газов и продуктов обработки из реакционной камеры выполняют и через крышку камеры другими известными способами.

Для исключения прорыва (концентрирования) потока псевдоожижающего газа в одной области кольца фонтанирующему псевдоожиженному кольцевому слою придают вращение вокруг оси реакционной камеры. Вращение достигается путем создания соплового днища специальной конструкции, что еще больше усложняет конструкцию соплового днища. Таким образом, наличие соплового днища значительно усложняет устройство, что и является одним из недостатков известных устройств. Предлагаемое устройство не содержит элементов подачи газов через днище (днище не является сопловым), что существенно упрощает конструкцию.

Известным реакторам с вращающимся фонтанирующим кольцевым псевдоожиженным слоем присущ еще один существенный недостаток. В фонтане твердые или жидкие частицы имеют вращательную (тангенциальную) составляющую скорости движения вокруг оси камеры (центральной трубы). Следствием этого является наличие центробежных сил, действующих на частицы. Эти центробежные силы обеспечивают перемещение частиц от центральной части фонтана к его периферии. Таким образом в центральной части фонтана образуется избыток газового потока и недостаток негазовых частиц. А на его периферии (у стенок реакционной камеры) образуется относительный избыток не газообразных частиц. Это приводит к разным условиям взаимодействия газов и конденисированных (негазовых) частиц в центральной и пристенной частях фонтана. Одним из результатов такой неоднородности фонтана является неравномерность скоростей обработки материалов в разных областях фонтана.

Негативные последствия названного недостатка особенно проявляются при регулировании мощности (производительности) реактора. При увеличении производительности реактора происходит увеличение потока газа через него. Это приводит к возрастанию окружных скоростей в фонтане и, соответственно, к увеличению центробежных сил, действующих на негазообразные (конденсированные) частицы. В конечном итоге неравномерность обработки материалов в центре реакционной камеры и на ее периферии возрастает.

Известна кольцевая шахтная печь для сжигания кускового материала (патент EP 2180280, МПК C04B2/00, F27B1/16, опубл. 28.04.2010), содержащая наружный и внутренний цилиндры, образующие кольцевую шахту для сжигаемого материала. В плоскости горелок на наружном цилиндре расположены камеры сгорания. Через наружный цилиндр проходят дополнительные дутьевые трубки (фурмы), которые расположены между соседними камерами сгорания и перемещаются в кольцевой шахте. Шахтная печь отличается сложностью конструкции.

Известно устройство с кипящим слоем, содержащее реактор для перевода во взвешенное состояние циркулирующего вещества (патент FR 2937886, МПК F23C10/10, опубл. 07.05.2010). Реактор имеет корпус цилиндрической или многогранной формы. Корпус включает в себя профили для повторного смешивания в виде сформированных внутри кольцевых ребер, распределенных по крайней мере по части высоты корпуса. Устройство может не иметь псевдоожижающей решетки.

Недостатком реактора является неполное сгорание топлива. Этот недостаток устраняется путем многократной циркуляции топлива через устройство. Однако такое решение увеличивает количество устройств в комплекте оборудования и увеличивает энергозатраты на его работу. Кроме того, затруднен запуск устройства после его внезапной остановки.

Известен способ сжигания углеродсодержащего материала, содержащего летучие вещества (WO2006003454, опубл. 12.01.2006), включающий:

(I) создание реактора с тороидальным слоем, содержащего камеру, имеющую вход и выход; (II) создание горелки для пылевидного топлива, имеющей вход, соединенный либо непосредственно, либо косвенным образом с выходным отверстием камеры реактора с тороидальной слоем; (III) подачу углеродсодержащего материала в камеру реактора с тороидальным слоем через его входное отверстие; (IV) создание преимущественно направленного по окружности потока флюида в камере, чтобы вызвать быстрое циркулирование углеродистого материала вокруг оси камеры в тороидальном слое, и нагревание углеродсодержащего материала, в результате чего он превращается в смесь, содержащую газообразный компонент и тонкодисперсный компонент в виде частиц; (V) удаление указанной смеси из камеры через выходное отверстие и пропускание указанной смеси напрямую или косвенно через горелку через ее входное отверстие; а также (VI) осуществление сгорания в указанной горелке.

Для осуществления указанного способа предлагается устройство для сжигания углеродсодержащего материала, содержащего летучие вещества, состоящее из:

(а) реактора с тороидальным слоем, содержащего (I) – камеру, имеющую входное отверстие для подачи углеродсодержащего материала в камеру, (II) – средств для нагрева содержимого камеры, и (III) – средств для формирования преимущественно направленного по окружности потока флюида внутри камеры, чтобы создать быструю циркуляцию углеродистого материала вокруг оси камеры в тороидальном слое, в результате чего углеродистый материал подвергается пиролизу и обжигу, чтобы создать смесь, содержащую газообразный компонент и тонкодисперсный компонент в виде частиц, и (IV) – выпускное отверстие для выброса указанной смеси из камеры; и

(б) горелки для сжигания пылевидного топлива, имеющей входное отверстие, соединенное либо непосредственно, либо косвенным образом с выходным отверстием камеры реактора с тороидальным слоем.

Недостатком указанного способа является малая производительность оборудования по причине малоэффективного использования рабочего объема реакционной камеры. Кроме того, реактор для реализации указанного способа, не позволяет регулировать в широком диапазоне параметры псевдоожиженного слоя, что не дает осуществить требуемую глубину переработки реагентов.

Известен реактор с псевдоожиженным слоем для сжигания топлива или отходов, и проведения различных химических реакций (патент RU 2403966, МПК B01J8/24, опубл. 20.11.2010). В псевдоожижающей камере в корпусе реактора расположена вставка, имеющая коническую форму. Между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью вставки образовано пространство, имеющее кольцеобразное поперечное сечение, которое служит в качестве псевдоожижающей камеры и в котором скорость газового потока либо остается постоянной, либо уменьшается или увеличивается в зависимости от взаиморасположения корпуса и вставки. Обеспечиваются условия стабильной работы реактора в широком диапазоне нагрузок за счет оптимального распределения газовой и твердотельной фаз, улучшаются условия удаления агломератов твердотельной фазы, минимизируется неблагоприятное воздействие флуктуации газового потока на работу системы.

Недостатком данного технического решения является сложность изготовления реактора, особенно, механизма движения внутренней вставки, так как внутренняя вставка выполнена с возможностью движения. Такое решение предполагает наличие большого количества механических частей, что, дополнительно снижает надежность конструкции, особенно при эксплуатации ее элементов в высокотемпературной зоне. Недостаточна и возможность регулирования параметров псевдоожиженного слоя, поскольку она ограничивается только регулировкой расхода псевдоожижающих газов.

Для устранения названного недостатка применяют дополнительную подачу газов через стенки реакционной камеры. Причем, на нескольких уровнях по высоте камеры, как это сделано, например, в устройстве (А.С. СССР № 162462, МПК F26B, опубл. 16.04.1964), являющимся наиболее близким по совокупности признаков техническим решением. Недостатком указанного устройства является низкая эффективность тепло- и массообмена. Это объясняется тем, что у стенок реакционной камеры наиболее крупные частицы движутся вниз с наибольшей скоростью, что сокращает их время взаимодействия с газовыми потоками, подаваемыми через стенки реакционной камеры, так как в фонтанирующем псевдоожиженном слое вертикальная составляющая скорости псевдоожиженных частиц имеет направление вверх в центральной части фонтана и вниз на его периферии. Кроме этого, причиной низкой эффективности и неравномерности тепло- и массообмена в указанном устройстве является отсутствие вращения фонтана вокруг вертикальной оси камеры устройства.

Одной из задач, решаемой настоящим изобретением, является увеличение времени пребывания периферийных частиц фонтана в газовом потоке, что повышает равномерность обработки псевдоожиженных частиц в фонтане.

Техническим результатом решения указанной задачи является повышение скорости тепло- и массообмена, создание возможности управления интенсивностью (высотой) фонтана, скоростью вращения фонтана вокруг оси, скоростями вращения фонтана в разных частях по его высоте, а также скоростью, интенсивностью обработки материалов и временем обработки материалов, находящихся как в фонтане, так и вне фонтана, в том числе и выходящих из фонтана на его периферии и двигающихся вниз фонтана к его основанию.

Такой технический результат обеспечит сокращение времени обработки, повышение скорости и глубины обработки реагентов в устройстве с фонтанирующим кольцевым вращающимся псевдоожиженным слоем.

Таким образом, задачами, решаемыми предлагаемым изобретением являются разработка усовершенствованного устройства с кольцевым, фонтанирующим, вращающимся псевдоожиженным слоем, в котором имеется возможность управления такими параметрами фонтана, как его размеры (в том числе высота); интенсивность, определяемая количеством газов, проходящих через фонтан в единицу времени; направление и скорость вращения фонтана вокруг его оси; тангенциальные, радиальные и вертикальные (осевые) скорости движения фонтана в разных частях по его высоте; время нахождения обрабатываемых реагентов и, при наличии, материалов в фонтане; интенсивность взаимодействия материалов различных фаз между собой и друг с другом; а также возможность регулировки (управления) скоростью движения реагентов; интенсивностью обработки реагентов; временем обработки реагентов, находящихся вне фонтана, в том числе и выходящих из фонтана на его периферии и движущихся в направлении низа фонтана (к его основанию). Предлагаемое устройство также должно иметь возможность работы в широком диапазоне нагрузок, возможность плавного запуска и остановки, возможность плавного запуска после внезапных остановок, а также обеспечивать возможность проведения в нем большинства технологических процессов, проводимых в устройствах с псевдоожиженным слоем. Предполагаемое устройство должно быть простым по конструкции и недорогим.

Поставленная задача решается с помощью устройства с псевдоожиженным фонтанирующим слоем кольцеобразной формы, включающего по крайней мере один загрузочный канал для реагентов, псевдоожижающих газов и, при необходимости, материалов; вертикально расположенную реакционную камеру 2, имеющую по крайней мере на части высоты воронкообразную, сужающуюся к низу форму, имеющую трубу 5, соосную с реакционной камерой 2 и имеющую по крайней мере одно отверстие 6 для отвода продуктов обработки.

Внутренняя поверхность 3 реакционной камеры 2 имеет ступенчатую структуру, труба 5 установлена проходящей через крышку 7 и дно 17 реакционной камеры 2 или только через дно 17 реакционной камеры 2, в устройстве дополнительно выполнены каналы 9 для подачи псевдоожижающих газов, и/или материалов, и/или реагентов, проходящие через корпус 3а реакционной камеры 2.

Предпочтительно ступенчатая структура внутренней поверхности 3 реакционной камеры 2 образована таким образом, что внутреннее пространство реакционной камеры 2 имеет форму правильных многогранников в виде правильных призм и/или правильных усеченных пирамид, соосных с реакционной камерой 2 и установленных один на другой.

Предпочтительно по высоте реакционной камеры 2 имеется по крайней мере один участок с упорядоченной структурой многогранников.

Предпочтительно упорядоченная структура многогранников в пределах сужающегося к низу воронкообразного участка реакционной камеры 2 образована таким образом, что для любых двух соседних многогранников в их общей плоскости основания радиус вписанной окружности многоугольника основания верхнего многогранника не меньше радиуса описанной окружности многоугольника основания нижнего многогранника.

Предпочтительно упорядоченная структура многогранников образуется таким образом, что все правильные многогранники имеют в основании правильные многоугольники с одинаковым количеством сторон.

Предпочтительно соответствующие стороны оснований всех правильных многогранников выполнены параллельными.

Предпочтительно каждый нижний многогранник повернут вокруг оси реакционной камеры 2 относительно соседнего верхнего многогранника на некоторый угол от параллельного положения соответствующих сторон оснований.

Предпочтительно часть трубы 5, расположенная в пределах реакционной камеры 2 имеет форму тела вращения относительно оси реакционной камеры 2 или форму, близкую к форме тела вращения.

Предпочтительно труба установлена проходящей через дно 17 и крышку 7 реакционной камеры 2, а отверстия 6 для отвода продуктов обработки, псевдоожижающих газов и, при наличии материалов – материалов, выполнены в верхней части трубы 5 на ее боковой поверхности.

Предпочтительно труба 5 установлена проходящей через дно 17 реакционной камеры 2 и не доходящей до крышки 7, а для отвода продуктов обработки, псевдоожижающих газов и, при наличии материалов – материалов использовано отверстие 6, которое образовано открытым верхним концом трубы 5.

Предпочтительно устройство имеет дополнительное отверстие в дне 17, коаксиальное с отверстием для выхода трубы 5 через дно 17 и обеспечивающее отвод части продуктов обработки из реакционной камеры 2.

Предпочтительно выходы каналов 9 в реакционную камеру 2 расположены в заданном порядке по высоте и периметру реакционной камеры 2.

Предпочтительно выходы каналов 9 в реакционную камеру 2 расположены вблизи вертикальных ребер многогранников.

Предпочтительно вблизи каждого вертикального ребра многогранника расположено не более двух выходов различных каналов 9.

Предпочтительно каждый выход канала 9 в реакционную камеру 2 расположен таким образом, что поток газа из канала 9 направлен преимущественно вдоль одной из граней многогранника, образующих ребро, вблизи которого выполнен выход этого канала 9 в реакционную камеру 2.

Предпочтительно между кожухом 1 и корпусом 3а реакционной камеры 2 установлены горизонтальные мембраны 12 и/или вертикальные мембраны 12 для обеспечения независимой подачи газа через каналы 9.

Предпочтительно на дне 17 реакционной камеры 2 расположены трамплины 16 для поднятия частиц реагентов и, при наличии материалов – материалов в фонтанирующий слой.

Предпочтительно устройство использовано для любого из следующих применений: очистка газовых смесей любого рода, сжигание газообразного, жидкого, твердого топлива или отходов в фонтанирующем слое, пиролиз, термическая газификация, технологические процессы с применением катализаторов, адсорбции, и/или абсорбции и/или сепарации, химические реакции, осуществляемые в фонтанирующем слое, сушка сыпучих материалов в фонтанирующем слое.

Поставленная задача решается с помощью способа обработки реагентов в устройстве с псевдоожиженным фонтанирующим слоем кольцеобразной формы, включающего загрузку в устройство реагентов и, при необходимости, материалов, подачу в устройство псевдоожижающих газов, создание в устройстве псевдоожиженного фонтанирующего вращающегося слоя кольцеобразной формы из реагентов и, при наличии материалов – из материалов, обработку реагентов в устройстве и отвод из устройства продуктов обработки, псевдоожижающих газов и, при наличии материалов, и материалов.

Обработку реагентов проводят в устройстве, как в псевдоожиженном фонтанирующем слое кольцеобразной формы, так и вне фонтанирующего слоя на имеющей ступенчатую структуру внутренней поверхности 3 реакционной камеры 2.

Предпочтительно в зависимости от условий проведения обработки в реакционной камере 2 управление подачей псевдоожижающих газов в реакционную камеру 2 осуществляют путем изменения скорости и/или количества подачи псевдоожижающих газов в каналы 9 и/или в группы каналов 9, объединенных в такие группы с помощью газоходов 10 и вертикальных и/или горизонтальных мембран 12.

Предпочтительно обработку на внутренней поверхности реакционной камеры 2 проводят таким образом, что на ступени 13 реакционной камеры 2 подают через каналы 9 поток псевдоожижающих газов и/или реагентов и/или материалов для перемещения с определенной скоростью частиц реагентов и/или материалов и/или продуктов обработки со ступени на ступень и в фонтанирующий слой, процесс проводят до заданной степени обработки реагентов и затем отводят продукты обработки, псевдоожижающие газы и, при наличии материалов, - и материалы через отверстия 6, выполненные в верхней части трубы 5.

Предпочтительно псевдоожижающие газы подают в реакционную камеру 2 в зависимости от условий проведения обработки в реакционной камере 2 в пределах каждой ступени 13 или группы ступеней 13.

Предпочтительно в трубе 5 проводят дополнительную обработку продуктов и/или реагентов, поступивших из реакционной камеры 2.

Техническим результатом заявленного решения является разработка усовершенствованного устройства с кольцевым, фонтанирующим, вращающимся псевдоожиженным слоем, в котором имеется возможность управления такими параметрами фонтана, как его размеры (в том числе высота), интенсивность, направление и скорость вращения фонтана вокруг его оси; возможность регулировки тангенциальных, радиальных и вертикальных (осевых) скоростей движения фонтана в разных частях по его высоте; времени нахождения псевдоожиженных частиц в фонтане; интенсивность взаимодействия псевдоожиженных частиц между собой и с псевдоожижающими газами; а также возможность регулировки (управления) скоростью, интенсивностью обработки реагентов и временем обработки реагентов, находящихся вне фонтана, в том числе и выходящих из фонтана на его периферии и на внутренней поверхности реакционной камеры и движущихся в направлении низа фонтана (к его основанию).

Существо заявляемых устройства и способа поясняют фиг. 1-15.

На фиг. 1 реакционная камера 2 устройства с вращающимся фонтанирующим кольцевым псевдоожиженным слоем имеет воронкообразную сужающуюся к низу форму. В центре реакционной камеры установлена труба 5, ось которой вертикальна и совпадает с осью реакционной камеры 2. Кольцеобразное поперечное сечение реакционной камеры в любом сечении по высоте камеры имеет наружную границу в виде правильного многоугольника. Внутренняя граница имеет форму окружности. Такая форма поперечного сечения обусловлена тем, что внутреннее пространство реакционной камеры сформировано как совокупность поставленных друг на друга многогранников в виде правильных призм 4 и/или правильных усеченных пирамид 4a, чередующихся в произвольном порядке.

При этом все усеченные пирамиды 4а в пределах сужающихся к низу участков реакционной камеры 2 направлены вершинами вниз. В пределах сужающихся к низу участков реакционной камеры 2 любые соседние призмы 4 и/или пирамиды 4а, имеющие общую плоскость основания, характеризуются тем, что сторона основания верхнего многогранника не меньше стороны основания нижнего (соседнего) многогранника. В пределах расширяющихся к низу участков реакционной камеры 2 соседние призмы 4 и/или пирамиды 4а имеют очевидные противоположные геометрические характеристики, описанные в данном абзаце.

Все многогранники соосны. Их общая ось является осью реакционной камеры 2. Соседние призмы 4 и/или пирамиды 4a могут быть повернуты друг относительно друга вокруг их общей оси. Величина относительного угла поворота определяется параметрами технологического процесса, свойствами исходных материалов и продуктов реакции и может лежать в диапазоне от нуля до девяноста градусов. Многоугольники оснований многогранников могут иметь различное количество сторон, но не менее трех. Верхняя граница числа сторон многоугольников основания ограничена только сложностью конструктивного исполнения и представляется равной тридцати двум. Предпочтительным количеством сторон многоугольника основания является от четырех до шестнадцати. Количество сторон правильных многоугольников, лежащих в основании многогранников, может быть различным для соседних многогранников. Предлагаемая конфигурация реакционной камеры 2 позволяет создать на ее внутренней поверхности 3 ступенчатую структуру, способствующую увеличенную скорости и степени обработки материалов в устройстве. Происходит это потому, что крупные неконденсированные частицы обрабатываемых материалов, двигаясь вниз вблизи внутренней поверхности 3 реакционной камеры 2, могут задерживаться (оседать) на ступенях 13 внутренней поверхности 3. Находясь на ступени, крупная частица подвергается воздействию дополнительного газового потока, подаваемого из каналов 9 вдоль ступеней 13. Под действием этого потока частица движется (и дополнительно обрабатывается) вдоль ступени до ее границы. После чего скатывается на ближайшую нижнюю ступень 13, попадает в газовый поток, подаваемый вдоль этой ступени 13 из ее канала 9. Процесс повторяется до достижения частицей состояния достаточного измельчения и/или степени переработки, при которых она может быть вынесена из реакционной камеры 2 через трубу 5.

Реакционная камера 2 устройства не имеет соплового днища, что упрощает и удешевляет конструкцию устройства. Газовые потоки подаются в реакционную камеру 2 по каналам 9, проходящим через корпус 3a реакционной камеры 2 снаружи внутрь. Каналы 9 выполнены таким образом, что подающийся по каналу 9 газ поступает в реакционную камеру 2 в районе бокового ребра одной из призм 4 и/или пирамид 4a (максимально близко к нему) и вектор скорости входящего потока газа параллелен одной из боковых граней (образующих это ребро) многогранника. Таким образом обеспечивается подача газов в реакционную камеру 2 по касательной к боковой поверхности (боковым граням) многогранников (образующих реакционную камеру 2) в точке ввода соответствующего газового потока, что обеспечивает циркуляцию (вращение) газовых потоков вокруг оси камеры 2 (трубы 5). Каждый многогранник 4 или 4a может иметь свои каналы 9 подачи газа. Эти каналы 9 подачи газа могут быть расположены вблизи каждого бокового ребра многогранника 4 или 4a. Поскольку боковые ребра многогранников 4 или 4a образуются как результат пересечения двух боковых граней, постольку вблизи каждого бокового ребра многогранника 4 или 4a могут быть расположены выходы двух каналов 9 (по одному каналу на каждой боковой грани). При этом по одному каналу 9 газ подается параллельно одной боковой грани ребра, а по другому каналу 9 – параллельно второй боковой грани этого же ребра.

Конструкция устройства позволяет подавать газы в реакционную камеру 2 через каналы 9 независимым образом (разные по составу, температуре и скорости подачи) не только на разных слоях 15 (уровнях, этажах) реакционной камеры 2, но и в пределах каждого слоя 15. Независимая подача обеспечивается наличием вертикальных и горизонтальных мембран 12 в пространстве между кожухом 1 и корпусом 3а реакционной камеры 2 и газоходов 10.

Предлагаемая конструкция реакционной камеры 2 позволяет создавать в реакционной камере 2 регулируемый торообразный фонтанирующий псевдоожиженный слой, в котором можно регулировать скорость вращения частиц обрабатываемого материала как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной, а также проводить обработку материалов различными газами, подавая их в различные каналы 9 независимо в соответствии с расположением мембран 12 и газоходов 10. Мембраны 12 могут располагаться таким образом, что объединяют каналы 9 соседних слоев 15 (двух и более) в группы. Для объединения в группы каналы 9 не соседних слоев могут быть использованы известным образом внешние газоходы 10.

Подача обрабатываемых материалов в устройство может осуществляться через загрузочные каналы крышки 7, или через часть каналов 9 известными способами, например, шнековая подача, пневмотранспорт и т.д.

Вывод отработанных газов и продуктов обработки осуществляется через трубу 5 с окнами 6, расположенными предпочтительно в верхней части трубы 5. В случае прохода трубы 5 через крышку 7 и дно 17 реакционной камеры 2 направление вывода газов и продуктов обработки может быть как вниз, так и вверх по трубе 5. Возможен вывод и в обе стороны – вверх и вниз. В случае вывода газов и продуктов обработки вверх или вниз (через один срез, торец) трубы 5, второй срез (торец) трубы 5 возможно использовать для подачи дополнительных реагентов и/или материалов в трубу 5 с целью проведения дополнительных стадий обработки в трубе 5 и следующем за ней трубном пространстве. Такая дополнительная обработка возможна путем подачи дополнительных веществ (сорбентов, катализаторов, газов для закалки и т.п.) через свободный (не используемый для вывода отработанных газов и продуктов обработки) срез (торец) трубы 5. Упомянутые дополнительные вещества могут подаваться в свободный торец (срез) трубы 5 известными способами (пневмотранспортом, форсунками, шнеками и т.д.).

Еще один недостаток известных реакторов с псевдоожиженным слоем (особенно, с фонтанирующим) состоит в том, что внутри псевдоожиженных слоев может иметь место опадание (оседание) агломератов твердотельной фазы, главным образом, вдоль стенок. Падение агломератов твердотельной фазы в нижнюю часть реакционной камеры 2 может приводить к значительным нарушениям работы установки, проявляющимся, в частности, в неравномерности (скачках) скоростей и давлений внутри реакционной камеры 2. Особенно негативно образование агломератов сказывается при работе устройства нагрузках меньше 70-80% от максимальной.

В преодолении этого недостатка состоит еще одна цель предлагаемого изобретения.

Действительно, агломераты конденсированных фаз, образовываясь в верхних слоях реакционной камеры 2, под действием центробежных сил движутся к ее стенкам. Вблизи стенок реакционной камеры 2 агломераты, двигаясь вниз, ударяются о ступени 13. Получают от них импульс в вертикальном направлении. Величина импульса в вертикальном направлении будет тем больше, чем больше высота падения агломератов со ступени на ступень. Следовательно, высота ступени является параметром, определяющим вертикальную составляющую скорости удара агломерата о нижележащую ступень после его срыва с вышележащей ступени. Таким образом, от действия вертикальных импульсов (ударов) агломераты распадаются и измельчаются. Дополнительному измельчению агломератов способствует и круговое их движение вокруг трубы 5 вблизи внутренней поверхности 3 реакционной камеры 2. Поскольку при таком круговом движении агломераты под действием центробежных сил ударяются о ступени 13, получая от них импульс в горизонтальной плоскости. Таким образом, испытывая совокупность ударов в горизонтальном и вертикальном направлении, агломераты измельчаются. Такое измельчение стабилизирует работу устройства в широком диапазоне изменения нагрузок.

Устройствам с псевдоожиженным слоем свойственен еще один недостаток – неустойчивость работы при резком изменении нагрузок на устройство и трудность запуска после внезапной остановки процесса, вызванной внезапной остановкой подачи псевдоожижающего газа. В частности, при резком уменьшении или полной остановке подачи псевдоожижающего газа конденсированные фазы могут полностью осесть на сопловом днище, перекрыв подачу псевдоожижающего газа в реакционную камеру 2. В этом случае требуется повторный запуск устройства. Предпочтительно осуществлять этот запуск плавно. При начальном запуске такую плавность достигают, постепенно увеличивая подачу псевдоожижающего газа и конденсированных материалов. Однако при повторном пуске (после внезапной остановки) этого сделать не удается, поскольку на сопловом днище может иметься значительное количество материала конденсированных фаз. В результате этого повторный пуск (после внезапной остановки) устройства затруднен и требует специальных технологических операций, например, частичной выгрузки реагентов и/или материалов с соплового днища, или значительного начального импульса псевдоожижающего газа. Все эти операции усложняют оборудование, удорожают его, снижают его ресурс и, в конечном счете, ухудшают экономические показатели.

Ступенчатая структура внутренней поверхности 3 реакционной камеры 2 способствует устранению этого недостатка, поскольку при резком снижении или полной остановке подачи псевдоожижающего газа материалы конденсированных фаз в большой степени оседают на горизонтальных участках ступеней 13 внутренней поверхности 3 реакционной камеры 2. Таким образом, на дно 17 реакционной камеры 2 оседает лишь незначительная часть материалов конденсированных фаз тороидального фонтана. По этой причине повторный запуск устройства или перевод его на большую производительность может быть произведен более плавно и с меньшим расходом и напором псевдоожижающего газа. Для более полного использования этого преимущества предлагаемого изобретения проектирование ступенчатой структуры внутренней поверхности 3 реакционной камеры 2 следует выполнять, обеспечивая достаточную для размещения определенной части материалов конденсируемых фаз суммарную площадь горизонтальных участков ступеней 13. Достаточная величина этой площади определяется не только такими свойствами материалов конденсированных фаз (реагентов и продуктов обработки) как угол естественного откоса, насыпная плотность и других, но также и параметрами (например, температурами, скоростями газовых потоков, количеством материалов конденсированных фаз в реакционной камере 2 и др.) технологического процесса происходящего в реакционной камере 2. Такое разнообразие и количество параметров является причиной, по которой подбор суммарной площади горизонтальных участков пластин 13, а также распределение этих площадей по формирующим слоям 15 реакционной камеры 2 целесообразно проводить эмпирически.

Облегчать запуск устройства и подъём в тороидальный фонтан наиболее тяжелых частиц со дна устройства помогают трамплины 16 установленные вокруг трубы 5 на дне 17 реакционной камеры 2. Трамплины 16 спроектированы таким образом, что тяжелые частицы разгоняются по одному из трамплинов 16 потоком псевдо