RU2158176C1

RU2158176C1 - Reaction vessel for performing heterogeneous processes

Info

Publication number: RU2158176C1
Application number: RU99111540A
Authority: RU
Inventors: В.Ю. Волков; А.А. Гущин; А.В. Медяник; М.В. Насибулин; О.В. Попов
Original assignee: Сибирский химический комбинат
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2000-10-27

Abstract

FIELD: uranium production equipment; metallurgy, chemical and other industries. SUBSTANCE: proposed vessel includes heat-insulated housing, heated reaction chamber mounted in housing for rotation from reversible drive and made in form of two taper coaxial drums with opposite conicity. Inner drum has holes and screw feeder with agitators. Unit admitting gas into inner drum is provided with distributor made in form of two coaxial pipes; inner pipe is connected with gas admitting branch pipe; outer pipe has holes directed towards material to be treated; heater is placed in space between pipes. Reaction chamber is provided with outer radiator with heat-transfer agent inlet and outlet branch pipes and end bearing flanges fitted on two shafts mounted in housing; one shaft is connected with drive. Vessel is provided with solid material charging unit, reaction product discharge branch pipe and waste gas removal branch pipe. EFFECT: enhanced efficiency and operational reliability. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию урановых производств, а именно к оборудованию для переработки урановой стружки в окислы, и может быть использовано в химической, металлургической и других отраслях промышленности для проведения гетерогенных процессов. The invention relates to equipment for uranium production, in particular to equipment for the processing of uranium chips into oxides, and can be used in chemical, metallurgical and other industries for carrying out heterogeneous processes.

Известна печь для обработки сыпучих материалов /1/, содержащая реакционную камеру, вращающуюся от привода и выполненную в виде барабана, снабженного бондажами, опирающимися на опорные станции. Нагрев загруженного в барабан материала осуществляется с помощью внутреннего и наружного змеевиков, в которые подают пар. Known furnace for processing bulk materials / 1 /, containing a reaction chamber, rotating from the drive and made in the form of a drum equipped with bonds, based on support stations. The material loaded into the drum is heated by means of internal and external coils, to which steam is supplied.

Изобретение не может быть использовано в урановом производстве из-за возможного попадания влаги в продукт вследствие нарушения целостности стенок змеевика под воздействием агрессивных сред. The invention cannot be used in uranium production due to the possible ingress of moisture into the product due to a violation of the integrity of the walls of the coil under the influence of aggressive environments.

Известна вращающаяся электрическая печь для производства металлического порошка /2/, содержащая реакционную камеру в виде вращающейся трубы с полками для перемешивания материала, узлы загрузки и выгрузки материала. Known rotary electric furnace for the production of metal powder / 2 /, containing a reaction chamber in the form of a rotating pipe with shelves for mixing material, nodes of loading and unloading of material.

В известной печи /2/ не предусмотрены средства для охлаждения продуктов экзотермической реакции. Кроме того, печь имеет большие габариты из-за наличия выносимых опорных станций, обеспечивающих вращение барабана. Печь недостаточно эффективна и малонадежна. In the known furnace / 2 / means are not provided for cooling the exothermic reaction products. In addition, the furnace has large dimensions due to the presence of remote reference stations that provide rotation of the drum. The furnace is not efficient enough and unreliable.

Известна вращающаяся печь /3, прототип/, содержащая теплоизолированный корпус, обогреваемую топливными газами реакционную камеру, установленную с возможностью вращения от привода и выполненную в виде двух коаксиальных цилиндрических перфорированных барабанов. Барабаны связаны между собой и корпусом ребрами, выполняющими функцию ворошителей обрабатываемого материала. Печь снабжена узлами загрузки и выгрузки материала с патрубками, узлом ввода топливного газа и воздуха с патрубком, расположенным в узле загрузки твердого материала, а также патрубком вывода отходящих газов. Known rotary kiln / 3, prototype / containing a thermally insulated body, heated by fuel gases, a reaction chamber mounted rotatably from the drive and made in the form of two coaxial cylindrical perforated drums. The drums are interconnected with the body by ribs that perform the function of agitators of the processed material. The furnace is equipped with material loading and unloading units with nozzles, a fuel gas and air input unit with a nozzle located in the solid material loading unit, as well as an exhaust gas outlet pipe.

Печь обладает недостаточной эффективность, т.к. конструкция не обеспечивает оптимальных условий обработки крупных и мелких фракций материала окисляющими газами из-за отсутствия задержки крупных фракций в зоне обработки, из-за неравномерного распределения свежих порций окисляющего газа к обрабатываемому материалу по всей длине реакционной камеры при торцевом подводе газа, а также из-за отсутствия средств охлаждения материала перед выгрузкой. Кроме того, печь недостаточно надежна, т.к. конструктивное выполнение уплотнений реакционной камеры, узла загрузки материала и узла выгрузки продуктов реакции не обеспечивает необходимую герметичность, особенно при переработке ядовитых и агрессивных материалов. The furnace has insufficient efficiency, because the design does not provide optimal conditions for treating large and small fractions of the material with oxidizing gases due to the lack of delay of large fractions in the treatment zone, due to the uneven distribution of fresh portions of oxidizing gas to the processed material along the entire length of the reaction chamber during end gas supply, as well as for the lack of means of cooling the material before unloading. In addition, the furnace is not reliable enough, because the constructive performance of the seals of the reaction chamber, the material loading unit and the reaction product unloading unit does not provide the necessary tightness, especially when processing toxic and aggressive materials.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании надежного и эффективного реакционного аппарата для переработки радиоактивных материалов. The problem to which the invention is directed, is to create a reliable and efficient reaction apparatus for processing radioactive materials.

Задача решается тем, что в реакционном аппарате для проведения гетерогенных процессов, включающем теплоизолированный корпус, обогреваемую реакционную камеру, установленную с возможностью вращения от привода и выполненную в виде двух коаксиальных барабанов с отверстиями в стенках внутреннего барабана и ворошителями внутри него, узел загрузки твердого материала, узел ввода газа с патрубком патрубок вывода отходящих газов, патрубок выгрузки продуктов реакции, реакционная камера выполнена в виде конических барабанов с противонаправленной конусностью и снабжена наружным радиатором с патрубками ввода и вывода теплоносителя, узел ввода газа во внутренний барабан снабжен распределителем газа с отверстиями, обращенными к обрабатываемому материалу, во внутреннем барабане со стороны, противолежащей узлу загрузки твердого материала, установлен шнек, а привод вращения камеры выполнен реверсивным. Кроме того, реакционная камера снабжена торцевыми опорными фланцами, установленными на два вала, размещенных в корпусе, один из которых связан с приводом вращения реакционной камеры, а распределитель газа выполнен в виде двух коаксиальных труб, внутренняя - сообщена с патрубком ввода газа, в наружной - выполнены отверстия, обращенные к обрабатываемому материалу, и в зазоре между трубами размещен нагреватель. The problem is solved in that in the reaction apparatus for carrying out heterogeneous processes, including a thermally insulated body, a heated reaction chamber, mounted for rotation from the drive and made in the form of two coaxial drums with holes in the walls of the inner drum and agitators inside it, a solid material loading unit, gas inlet unit with a branch pipe outlet pipe for exhaust gases, a pipe for unloading reaction products, the reaction chamber is made in the form of conical drums with anti-directional taper and is equipped with an external radiator with coolant inlet and outlet nozzles, the gas inlet into the inner drum is provided with a gas distributor with holes facing the material to be processed, a screw is installed in the inner drum from the side opposite to the solid material inlet, and the rotational drive is made reversible. In addition, the reaction chamber is equipped with end support flanges mounted on two shafts located in the housing, one of which is connected to the rotational drive of the reaction chamber, and the gas distributor is made in the form of two coaxial pipes, the inner one is in communication with the gas inlet port, and the outer one holes are made facing the material being processed, and a heater is placed in the gap between the pipes.

На фиг. 1 представлен аппарат в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2. In FIG. 1 shows the apparatus in section; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 - section BB in FIG. 2.

Аппарат содержит корпус 1 с крышкой 2, теплоизоляцию 3 корпуса и крышки, реакционную камеру 4, узел загрузки твердого материала 5, узел ввода газа 6 с патрубком 7, патрубок 8 выгрузки продуктов реакции. The apparatus comprises a housing 1 with a cover 2, thermal insulation 3 of the housing and cover, a reaction chamber 4, a solid material loading unit 5, a gas inlet unit 6 with a pipe 7, a pipe 8 for unloading the reaction products.

Реакционная камера 4 выполнена в виде двух коаксиальных конических барабанов 9, 10 с противонаправленной конусностью. Торец наружного барабана 9 со стороны большего основания открыт, а в стенке внутреннего барабана 10 выполнены отверстия 11 и в нем размещены ворошители 12 и шнек 13, установленный со стороны, противолежащей узлу загрузки 5 твердого материала. Наружный барабан 9 со стороны меньшего основания, а внутренний барабан 10 со стороны большего основания соединены с опорным фланцем 14 и внутренний барабан 10 со стороны узла загрузки соединен с опорным фланцем 15. Реакционная камера 4 опорными фланцами 14, 15 опирается на два вала 16, 17 (фиг. 2), установленных в корпусе 1. Для взаимодействия опорных фланцев 14, 15 с валами 16, 17 в валах выполнены проточки 18, 19, 20, 21, а на фланцах 14, 15 по периферии - опорные конические поверхности. Вал 16 связан ременной передачей 22 с реверсивным приводом 23. С наружной стороны реакционной камеры 4 в корпусе 1 размещены многоходовые радиаторы 24, 25 с патрубками 26, 27 для ввода и патрубками 28, 29 для вывода теплоносителя. Узел загрузки 5 твердого материала размещен в корпусе 1 со стороны меньшего основания внутреннего барабана 10 и содержит патрубок 30, крышку 31, с помощью которой закрывают отверстие 32 в корпусе 1 после загрузки твердого материала во внутренний барабан 10. В корпусе 1 со стороны, противолежащей узлу загрузки 5, расположен узел ввода газа 6 в барабан 10 с патрубком 7 и распределителем 33, выполненным в виде двух коаксиальных труб 34, 35. Внутренняя труба 34 сообщена с патрубком 7, а наружная труба 35 содержит торцевую заглушку 36 и отверстия 37 (фиг. 1), обращенные к обрабатываемому материалу. В зазоре 38 (фиг. 3) между трубами 34, 35 размещен нагреватель 39. The reaction chamber 4 is made in the form of two coaxial conical drums 9, 10 with anti-directional taper. The end face of the outer drum 9 from the side of the larger base is open, and holes 11 are made in the wall of the inner drum 10 and there are placed agitators 12 and a screw 13 mounted on the side opposite to the loading unit 5 of solid material. The outer drum 9 from the side of the smaller base and the inner drum 10 from the side of the larger base are connected to the supporting flange 14 and the inner drum 10 from the side of the loading unit is connected to the supporting flange 15. The reaction chamber 4 is supported by the supporting flanges 14, 15 on two shafts 16, 17 (Fig. 2) installed in the housing 1. For the interaction of the support flanges 14, 15 with the shafts 16, 17, grooves 18, 19, 20, 21 are made in the shafts, and on the flanges 14, 15 around the periphery there are conical supporting surfaces. The shaft 16 is connected by a belt drive 22 with a reversible drive 23. On the outside of the reaction chamber 4 in the housing 1 are multi-pass radiators 24, 25 with nozzles 26, 27 for input and nozzles 28, 29 for output of the coolant. The loading unit 5 of solid material is placed in the housing 1 from the side of the smaller base of the inner drum 10 and contains a pipe 30, a cover 31, with which close the hole 32 in the housing 1 after loading the solid material into the inner drum 10. In the housing 1 from the side opposite to the node load 5, there is a gas inlet 6 assembly in the drum 10 with a pipe 7 and a distributor 33 made in the form of two coaxial pipes 34, 35. The inner pipe 34 is in communication with the pipe 7, and the outer pipe 35 contains an end cap 36 and an opening 37 (FIG. 1) reversed passed to the processed material. In the gap 38 (Fig. 3) between the pipes 34, 35 placed a heater 39.

Корпус 1 снабжен патрубком 40 удаления отходящих газов из корпуса. The housing 1 is equipped with a pipe 40 for removing exhaust gases from the housing.

Аппарат работает следующим образом. The device operates as follows.

Урановую стружку загружают специальным приспособлением (не показано) через патрубок 30 внутрь барабана 10, отверстие 32 закрывают крышкой 31. Включают нагреватель 39, а также привод 23 вращения реакционной камеры 4 в направлении, при котором шнек 13 будет работать в режиме отбойник. В радиаторы 24, 25 через патрубки 26, 27 подают горячий теплоноситель (воздух) с последующим удалением его через патрубки 28, 29, а в узел ввода газа 6 подают воздух. В результате контакта с нагревателем 39 воздух нагревается и через отверстия 37 распределителя газа 33 направляется к обрабатываемому материалу (стружке). При вращении барабана материал перемешивается ворошителями 12 и перемещается по конической поверхности барабана 10 до шнека 13, который возвращает материал в реакционную зону. При достижении необходимой температуры в реакционной камере 4 происходит самовозгорание стружки. Поскольку реакция экзотермическая, то дальнейший обогрев прекращают с целью исключения образования спеков. Процесс образования окислов контролируют по температуре в реакционной камере 4, а регулируют температурный режим подачей холодного воздуха в радиаторы 24, 25 и в узел ввода газа 6. Образовавшиеся во время реакции окислы просыпаются через отверстия 11 в наружный барабан 10 и по его конической поверхности перемещаются к патрубку выгрузки 8. Отходящие газы удаляются из аппарата через патрубок 40. По завершении процесса включают реверс вращения реакционной камеры 4 и производят полную выгрузку материала из барабана 10 в барабан 9 с помощью шнека 13 через отверстия 11, расположенные у большего основания барабана 10. Uranium chips are loaded with a special device (not shown) through the pipe 30 inside the drum 10, the hole 32 is closed by the lid 31. The heater 39 is turned on, as well as the rotation drive 23 of the reaction chamber 4 in the direction in which the screw 13 will operate in the chipper mode. Hot coolant (air) is supplied to the radiators 24, 25 through the nozzles 26, 27, followed by its removal through the nozzles 28, 29, and air is supplied to the gas inlet 6. As a result of contact with the heater 39, the air is heated and through the holes 37 of the gas distributor 33 is directed to the processed material (chips). When the drum rotates, the material is mixed with agitators 12 and moves along the conical surface of the drum 10 to the screw 13, which returns the material to the reaction zone. Upon reaching the required temperature in the reaction chamber 4, spontaneous combustion of the chips occurs. Since the reaction is exothermic, further heating is stopped in order to exclude the formation of cakes. The process of formation of oxides is controlled by the temperature in the reaction chamber 4, and the temperature is regulated by supplying cold air to the radiators 24, 25 and to the gas inlet 6. The oxides formed during the reaction wake up through holes 11 into the outer drum 10 and move to its conical surface to discharge nozzle 8. The exhaust gases are removed from the apparatus through the nozzle 40. Upon completion of the process, reverse the rotation of the reaction chamber 4 and complete unloading of material from the drum 10 into the drum 9 using the screw 13 cut holes 11 located at the larger base of the drum 10.

Выполнение реакционной камеры в виде конических барабанов с противонаправленной конусностью и наличие реверсионного шнека обеспечивают оптимальные условия пребывания материала в реакционной камере до получения продуктов реакции необходимого качества. Наличие распределителя газов с отверстиями, направленными в сторону обрабатываемого материала, обеспечивают условия для подвода свежих порций окисляющего газа к обрабатываемому материалу по всей длине реакционной камеры. С помощью распределителя газов и радиатора в реакционной камере поддерживается оптимальный тепловой режим. Кроме того, конструкция аппарата позволяет разместить в корпусе узлы уплотнения реакционной камеры и ее опорные узлы и обеспечить герметичность аппарата. Конструкция аппарата позволяет упростить сборку и улучшить условия обслуживания. The implementation of the reaction chamber in the form of conical drums with an opposite taper and the presence of a reversing screw provide optimal conditions for the stay of the material in the reaction chamber to obtain the reaction products of the required quality. The presence of a gas distributor with openings directed toward the material being processed provides conditions for supplying fresh portions of oxidizing gas to the material being processed along the entire length of the reaction chamber. With the help of a gas distributor and a radiator, the optimal thermal regime is maintained in the reaction chamber. In addition, the design of the apparatus allows you to place in the case the nodes of the seal of the reaction chamber and its supporting nodes and to ensure the integrity of the apparatus. The design of the apparatus allows to simplify assembly and improve service conditions.

В результате конструкция предлагаемого реакционного аппарата позволит повысить его эффективность и эксплуатационную надежность. As a result, the design of the proposed reaction apparatus will improve its efficiency and operational reliability.

Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:
1. Авт. св. СССР N 497457, М. Кл. F 27 B 7/00, 1975.Sources of information taken into account when filling out the application:
1. Auth. St. USSR N 497457, M. Cl. F 27 B 7/00, 1975.

2. Авт. св. СССР N 685889, М. Кл. F 27 B 7/00, C 21 B 13/08 1979. 2. Auth. St. USSR N 685889, M. Cl. F 27 B 7/00, C 21 B 13/08 1979.

3. Авт. св. СССР N 877235, М. Кл. F 23 G 5/00, 1981, прототип. 3. Auth. St. USSR N 877235, M. Cl. F 23 G 5/00, 1981, prototype.

Claims

1. A reaction apparatus for carrying out heterogeneous processes, including a thermally insulated body, a heated reaction chamber mounted in the housing rotatably from the drive and made in the form of two coaxial drums with holes in the walls of the inner drum and agitators inside it, a solid material loading unit, an input unit gas pipe, exhaust gas outlet pipe, discharge pipe for reaction products, characterized in that the reaction chamber is made in the form of conical drums with counter pressure taper and is equipped with an external radiator with coolant inlet and outlet nozzles, the gas inlet into the inner drum is equipped with a gas distributor with holes facing the material to be processed, a screw is installed in the inner drum from the side opposite to the material loading node, and the reaction chamber rotation drive is made reversible.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the reaction chamber is equipped with end support flanges mounted on two shafts located in the housing, one of which is connected to the rotation drive of the reaction chamber.

3. The apparatus according to claims 1 and 2, characterized in that the gas distributor is made in the form of two coaxial pipes, the inner one is connected to the gas inlet pipe, the outer holes are made facing the material being processed, and a heater is placed in the gap between the pipes.