BG112674A - Метод и устройство за интензифициране на химични и хидрометалургични реакции с използване на високоволтни импулсни електрически разряди в течна среда - Google Patents

Abstract

Изобретението се отнася до метод и устройство за интензифициране на химични и хидрометалургични реакции. Реакторът се състои от подготвителен съд (1) с два материални входа, съответно вход (2) - за твърди компоненти и вход (3) - за течни компоненти, като в обема на подготвителния съд (1) има монтиран нагревател (4) и виброрешетъчни мембрани (5), а от ниската част на съда (1) миксът от компоненти постъпва в шламова помпа (6), която създава хидравличен напор, връщащ част от микса през ускоряваща дюза на Лавал (7) обратно в подготвителния съд (1), а другата част през регулировъчна клапа (8) постъпва в тръба - шнеков транспортьор (9), където задвижвания от мотор редуктор (10) вал (11) предава въртеливо движение на витки с отвори (12) със закрепени към тях лопатки с отвори (13), като по дължината на вала (11) се разполагат една или повече зони за разрядни искрища (14) с отрицателен изолиран електрод (15) и положителен електрод (16), като положителния електрод (16) представлява въртящ се диск, закрепен към вал (11) и двата електрода (15 и 16) получават енергиен заряд от генератор на импулсни високоволтни разряди (17), а към външната стена на тръбата шнеков транспортьор (9) е монтиран нагревател (18), манометър (19) и термометър (20), като в обратната страна на входа на микса, през регулировъчната клапа (21) и отвеждащата тръба (22) микса се подава в отстойник - утаител (23) с три разтоварни отвора за готов разтвор (24), за готова утайка (25) и за въздух от барбутация (26), който се подава през тръба (27) и регулировъчен кран (28), а в отстойник (23) са монтирани отражатели (29).

Description

МЕТОД И УСТРОЙСТВО

ЗА ИНТЕНЗИФИЦИРАНЕ НА ОБМЕННИ ХИМИЧНИ И ХИДРОМЕТАЛУРГИЧНИ

РЕАКЦИИ С ИЗПОЛЗВАНЕ НА ВИСОКОВОЛТНИ ИМПУЛСНИ

ЕЛЕКТРИЧЕСКИ РАЗРЯДИ В ТЕЧНА СРЕДА

Изобретението се отнася до метод и устройство - реактор предназначен да интензифицира обменни химически реакции и процеси, протичащи в течна среда с прилагане на комбинирани въздействия за генериране на висока макро - и микротурболенция за постигане на високи енергийни нива на електрически потенциали на молекулярно ниво, деструкция в зоните на кристален или псевдокристален изоморфизъм, с крайна цел постигане на бърз и пълен масо - и йонообмен. Тези процеси при необходимост се подсилват с поддържане на температурни режими, чрез които се генерират конвективни потоци. Такива обменни химически процеси като екстракция, излужване, сорбция, десорбция и др. се прилагат във фармацевтичната, хранително-вкусовата, химикопреработвателната, хидрометалургичната и други промишлености, както и за пречистване от налични патогенни микроорганизми на отпадни води от животновъдство, птицевъдство, битови води и др., с цел оползотворяването им в земеделието.

Известни са методи, в които турболентността се генерира от конвенционални бъркалки-многоредови и с различни конфигурации, от високонапорни циркулационни шламови помпи, от въздействие на вибрации или високочестотни ултразвукови полета генерирани от пиезокристални излъчватели, с увеличаване на реактивните повърхности с помощта на решеткови и ситови екрани, вертикално-шнекови реактори , прилагане на надналягане или вакуум, газова барбутация и др.

Изобретение US5670065 (А) се отнасят за устройство за сухо третиране на фино гранулирани материали, докато нашето изобретение се отнася за метод и устройство за третиране в течна среда.

Въздействието върху третирания материал, съгласно изобретението А US5670065 (А) се осъществява в две последователни зони: а/ зона за инфрачервени лъчения за предварително изсушаване третирания материал и б/ зона за електромагнитно третиране. В изобретението US5670065 (А) процесът протича само в условия на транспортно макро активиране и то в трите варианта на изпълнение - тунелно с кипящ слой, въртящ се тръбен барабан и шнеково-транспортно устройство. Липсва динамична и микро турболенция.

В нашето изобретение има заложени повече комбинации от фактори за въздействие на макро и микро равнище, но в течна среда с въвеждане на виброрешетки в течната реакционна среда, въздействие чрез високоволтни импулсни разряди и има условия за стресово реактивно протичане на вътрешния транспорт.

Изобретение US5670065 (А) се отнася само за органични материали, реагиращи / подаващи се/ на инфрачервено лъчево третиране, докато нашето изобретение е предназначено за третиране на органични и неорганични материали.

В изобретението се поддържа непрекъснато вакуум за извеждане на реакционните газове .докато в нашето изобретение основния процес протича в затворен течен обем с възможност да се формира надналягане.

Извод: няма целева аналогия, няма технологична аналогия, няма аналогия на условията при протичане на процесите в сравняваните устройства.

Изобретение W02012009783 (Ai) се отнасят до метод и устройство, предназначено за безотпадно третиране на ТВЪРДИ БИТОВИ ОТПАДЪЦИ ТБО или MUNICIPAL SOLID WAST- MSW и представлява суха технология.

Наличието на понятието „ЕЛЕКТРОДИ“ е свързано с формирането на плазмен канал между тях в нискокислородна среда, при което въглерода от органичните компоненти на ТБО минава във въглероден оксид ( и частично във въглероден диоксид). В зоната между електродите на плазмения канал - FRG ZONE - зона за газификация се впръсва фино (инжектира) вода, която при високата температура се разпада на водород и кислород, а водорода реагира с въглерода до образуване на газ метан. Това в резюме за технологията и целта на изобретението W02012009783 (АЦ.

Изводи: Няма целева аналогия; Няма технологична аналогия.

Наличието на вертикална винтова бъркалка служи да придвижва шредирания /раздробен/ материал от зоната за зареждане към FRG зоната, както да улеснява отвеждането на образуваните в плазмения канал газове.

Изобретение 205868271CN (U) ) се отнася до устройство-реактор, в което може да се формира топлина за ефективно протичане на реакциите чрез прикрепване на електро-съпротивителния елемент директно върху спиралите на транспортиращия шнек и захранването им съответно положителен и отрицателен електрод чрез плъзгаща приставка.

Понятията „положителен и отрицателен“ електроди в претенциите на изобретение (U) не се съвпадат с представата за електроди за електрохидравличен ефект.

Изводи: Няма целева аналогия; Няма аналогия на условията при протичане на процесите в сравняваните устройства - 3 броя за един и същ метод.

Наличието на шнек за едно от устройствата не представлява конкурентност - в (U) шнека е само „транспортен “ (известен!) и „загряващ“ - с вграден електронагревател (новост!)

Недостатък на известните методи и реактори е, че те съчетават синергично не повече от три форми на въздействие върху процесите в реакционната среда, като основно се залага на въздействия на равнище макротурболенция. Методите и реактори за въздействие на микроравнище - на молекулярно ниво са с ограничено приложение, поради недостатъчната мощност на съвременните пиезокристални ултразвукови излъчватели.

Задачата на изобретението като метод е решена, като в реакционните процеси се въздействува едновременно и съвкупно с възможните и известни съвременни средства за генериране на макротурболентни въздействия - като динамични - вихрови бъркалки, динамични циркулационни хидропотоци, механични вибровъздействия, увеличаване на общата активна реакционна повърхност, създаване на топлинни конвективни потоци и подаване на газови компоненти за формиране на динамична барбутация, като в реакционния обем се въвеждат и високоволтни импулсни електрически разряди. Тези високоволтни импулсни разряди в течна среда се генерират по известни електрически схеми в зарядни станции известни като генератори на електрохидравличен ефект. Тези разряди предизвикват подводен взрив в реакционния обем, който освен дезинтегриращ ефект от високоскоростно разширение и следващо свиване с макрокавитация , генерира и мощно ултразвуково поле, предизвикващо микротурболентни движения и микрокавитационни явления, които въздействуват на молекулярно ниво. Сумарният ефект от всичко това дава възможност реакторските обеми да се сведат до минимум, а основното действие на процесите да протече в транспортната част на общата апаратурна система. Създават се условия за въвеждане на стресова транспортна система, при която търсената реакция протича успоредно с транспортирането на разтворите, пулповете, шламовете, утайките и др. обекти на реакционно, масообменно и йонообменно третиране.

Методът, съгласно изобретението се осъществява в устройство, което се състои от три технологично последователно свързани части. Първата част представлява конвенционален подготвителен съд, в чиито обем се формират възможните въздействия на макроравнище.Във втората част на устройството постъпва вече хомогенизиран микс с частично проведена реакция и се подлага под определено налягане в същинската стресова част,в която реакцията протича времево в паралел със самия транспортен процес под въздействието на допълнително приложените импулсни електрически разряди.Третата част от устройството представлява съд, в който се отвеждат вече реагиралите компоненти,като в обема на този съд може да се добави допълнително въздух или друг реакторен газ за предизвикване на барбутация, както и да се осъществява разделяне на утайки от разтвор или на леки от тежки течности.

Предимство на метода за интензифициране на обемните реакции, съгласно изобретението и устройството за неговото приложение е възможността за поддържане на висока турболентност в подготвителния обем на устройството, в който се хомогенизирвт подлежащите на третиране компоненти и предварително кондиционирани постъпват под определено налягане в същинската стресова част, в която реакцията протича синхронно със транспортирането на самия материален поток вследствие на допълнителното въздействие на електрохидравличния ефект. Отвеждащата тръба, разположена в края на транспортния участък, прехвърля готовия колективен продукт в друг събирателен обем или отстойник /утаител/ за разделяне на различните продукти от проведените реакции. Минимизирането на времената за протичане на реакциите и възможността за минимизиране на реакторските обеми се дължи на всички, включени в изобретението фактори за проявление на максимална турболенция като макроефект, но по-значими са факторите от въздействието на електрохидравличния ефект, който предизвиква локален стрес от микротурболенциите на молекулярно ниво.Това са последиците от възникване на мощна взривна вълна, която се разпространява със свръхзвукова скорост; обратна- кавитационна вълна от запълване на взривния вакуум; интензивно ултразвуково излъчване с широк честотен спектър; микрокавитационни явления, с въздействие в целия обем на транспортната система- реактор и още по-слабо проучени ,за сега ефекти,като електромагнитни и радиационни излъчвания и други съпътствуващи явления,които могат само да подсилват споменатите по-горе реакции.

Примерно изпълнение на устройството, съгласно изобретението е показано на приложената фигура, която представлява надлъжен вертикален разрез на устройството.

Реакторът се състои от подготвителен съд 1 с два материални входа, съответно вход 2 - за твърди компоненти и вход 3 - за течни компоненти, като в обема на подготвителния съд 1 има монтиран нагревател 4 и виброрешетъчни мембрани 5, а от ниската част на съда 1 миксът от компоненти постъпва в шламова помпа 6, която създава хидравличен напор връщащ част от микса през ускоряваща дюза на Лавал 7 обратно в подготвителния съд 1, а другата част през регулировъчна клапа 8 постъпва в тръба - шнеков транспортьор 9, където задвижвания от мотор редуктор 10 вал 11 предава въртеливо движение на витки с отвори 12 със закрепени към тях лопатки 13, като по дължината на вала 11 се разполагат една или повече зони за разрядни искрища 14 с отрицателен изолиран електрод 15 и положителен електрод 16, като положителния електрод 16 представлява въртящ се диск закрепен към вал 11 и двата електрода 15 и 16 получават енергиен заряд от генератор на импулсни високоволтни разряди 17, а към външната стена на тръбата шнеков транспортьор 9 е монтиран нагревател 18, манометър 19 и термометър 20, като в обратната страна на входа на микса, през регулировъчната клапа 21 и отвеждащата тръба 22 микса се подава в отстойник - утаител 23 с три разоварни отвора за готов разтвор 24, за готова утайка 25 за въздух от барбутация 26, който се подава през тръба 27 и регулировъчен кран 28, а в отстойник 23 са монтирани отражатели 29.

Устройството съгласно изображението работи по следния начин: твърдите и течните компоненти се подават дозирано в подготвителния съд 1 съответно през вход 2 и вход 3 и попадат в зона на синергични турболентни въдействия генерирани от топлинната конвекция на нагревател 4, от виброрешетъчните мембрани 5 и от вихрови високоскоростни потоци формирани от шламова помпа 6 през дюзи на Лалов 7. Друга част от подготвения в съд 1 микс през регулировъчната клапа 8 се подава в стресово турболентна зона 9. Постъпващия в тази зона 9 микс е в достатъчна степен хомогенизиран и с частично протели реакции когато се подлага отново на макро въздейнствия от въртенето на вал 11 с витки с отвори 12 и лопатки 13 които създават активираща макротурболенция в условията на леко надналягане до около 1,2 bar, като посоката на въртене на винтовия шнек с вал 11 е предвидена да тласка микса от входа към изхода на системата. В реакторния обем се поддържа необходимата температура от нагревател 18 измервана с термометър 20, а налягането се регулира от регулировъчна клапа 21 и се измерва с манометър 19. В определен участък в протежение на реакторния обем във винтовия шнеков транспортьор с вал 11 се създава една или повече зони за разрядни искрища 14 където между двата електрода 15 и 16 възниква високоволтов импулсен електрически разряд, въздействието на този разряд е на микроравнище, действува интензивно върху и вътре в структурите на участвуващите в реакциите компоненти, което интензифицира дифузионните проявления, ускорява масо- и йонообмена.

Разделението на фазите след протичане на реакциите се осъществява по известните практики в отстойник - утаител 23. Необходимо е да се отбележи, че в следствие въздействието на импулсните разряди в течна (суспензионна) среда, утаяването на твърдите фази се ускорява до няколко пъти без използване на флокуланти.

При необходимост, в зоната на утаителя 23 през тръба 27 и регулировъчен кран 28 може да се добави въздуг или друг газ за барбутация.

За безопасност при работа с устройството, генератора на високоволтни импулсни електрически разряди 17 е в отделен със заграждение от самото устройство, като отрицателния електрод 15 е наждно изолиран, а положителният електрод 16, както и целия корпус - тръба - вал - шнек 9 е заземен. Силата на импулсите и тяхната честота във времето се регулират от контолно измервателна апаратура на самия генератор 17.

Claims (5)

ПРЕТЕНЦИИ

1. Метод и устройство за интензифициране на химични и хидрометалургични реакции, което се състои от три последователно свързани реакционни обеми, като в обема на първия от тях - подготвителен съд (1) е с нагревател (4) и шламова помпа (6), през която преминава микса от компоненти, постъпващи в подготвителния съд (1) чрез двата входа на захранване (2) и (3), като шламовата помпа (6) през дюзата (7) създава динамична турболенция в подготвителния съд (1), който е свързан чрез регулировъчна клапа (8) с шнеков транспортьор (9), задвижван от мотор-редуктор (10) и вал (11), като отгоре на шнековия транспортьор (9) са монтирани термометър (20), реггулировъчен кран (21) и манометър (19), а отдолу на шнековия транспортьор (9) е монтиран нагревател (18) характеризиращо се с това, че в подготвителния съд (1) са монтирани виброрешетъчни мембрани (5) за увеличаване на активната реакционна повърхност,

2. Метод и устройство за интензифициране на химични и хидрометалургични реакции, съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че шнековите витки са с отвори (12) и към тях са закрепени лопатки с отвори (13), а по дължината на вал (11) са разположени една или повече зони за високоволтни импулсни разрядни искрища (14) с отрицателен електрод (15) и положителен електрод (16), като въртящия се с вал (11) диск, получаващи енергиен заряд от генератор (17) и въртеливо движение от вал (11).

3. Метод и устройство за интензифициране на химични и хидрометалургични реакции, съгласно претенции 1 и 2, характеризиращо се с това, че в протежение по дължината на вал (11) са разположени една или повече зони за въздействие чрез виковолтни импулсни елекрически разряди чрез локални искрища (14), съдържащи отрицателен електрод (15), захранван с енергиен заряд от генератора (17), положителен електрод (16), оформен като диск твърдо закрепен към вала (11).

4. Метод и устройство за интензифициране на химични и хидрометалургични реакции с използване на високоволтни импулсни електрически разряди в течна среда, съгласно изобретението включващ предварителен процес на протичане под въздействие на високоскоростни дифузионни потоци, ниски виброчестотни енергийни полета , топлинна конвекция и дифузия, и газобарбутация, характеризиращ се с това, че се прилагат синхронно и синергично в един реакционен процес, като допълнително в обема на същия реакционен процес се прилагат високоволтови импулсни електрически разряди, въздействуващи на молекулярно ниво;

5. Метод и устройство за интензифициране на химични и хидрометалургични реакции с използване на високоволтни импулсни електрически разряди в течна среда, съгласно претенция 1 , включващ подготвителен съд 1 съдържащ нагревател 4, шлакова помпа 6 с ускорителни дюзи 7, виброрешетки 5 и регулировъчна клапа 8, както и фазоразделящ отстойник 23 с тръба 27 и регулировъчен кран 8 за газова барбутация, характеризиращо се с това, че между подготвителения съд 1 и отстойника 23 е разположена транспортна система, състояща се от тръба- шнеков транспортьор 9 с витки с отвори 10 и лопатки 13, като в протежение на транспортната зона се разполага една или повече зони за искрища 14 за генериращи високоволтни импулсни електрически разряди с положителен електрод 16, закрепен неподвижно към вал 11.