Реактор для отримання технічного вуглецю

1. Реактор для отримання технічного вуглецю, що включає металевий корпус, внутрішня поверхня якого футерована вогнетривким матеріалом, і послідовно і співвісно розташовані в корпусі камеру горіння, обладнану засобами для подачі палива і повітря, камеру змішування, обладнану сировинними форсунками, камеру реакції і камеру загартування, обладнані форсунками для подачі води, який відрізняється тим, що камера реакції виконана східчастою і містить принаймні дві циліндрові ділянки з діаметрами, що збільшуються в напрямі від камери змішування до камери загартування. 2. Реактор за пунктом 1, який відрізняється тим, що співвідношення меншого діаметра d1 до більшого діаметра d2 зазначених циліндрових ділянок складає 0,70-0,80, а співвідношення їх довжин l1 і l2 відповідно до довжини Lp камери реакції складає 0,15-0,20 і 0,80-0,85. 3. Реактор за пунктами 1 або 2, який відрізняється тим, що співвідношення довжини Lp камери U 2 (19) 1 3 для подачі води, розташованих з однаковим кроком по її довжині, при цьому частина поясів містить по дві форсунки, зміщені одна відносно одної в радіальному напрямі на 180°, а частина поясів містить по чотири форсунки, зміщені одна відносно одної в радіальному напрямі на 90°. Перший пояс форсунок для подачі води розташований від сировинних форсунок на відстані, відповідному 9,9-10,5 діметра камери змішування. Відомий реактор дозволяє забезпечити стабілізацію процесів горіння і спалювання палива в камері горіння з подальшим вирівнюванням потоку продуктів горіння під час переміщення до камери змішування і ефективного протікання процесів в камері змішування і в камері загартування, що значно покращує якість одержуваного технічного вуглецю і забезпечує задані продуктивність процесу і вихід кінцевого продукту щодо маси вихідної сировини. Недоліками відомого реактора є низька інтенсивність перемішування продуктів в камері реакції, що не дозволяє сформувати стабільні основні показники якості і приводить до отримання продукту з порівняно високою шорсткістю, низькою структурною і дисперсністю. Це, зрештою, не дозволяє забезпечити необхідні посилюючі властивості технічного вуглецю в гумі і гумотехнічних виробах. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого реактора для отримання технічного вуглецю, в якому за рахунок іншого виконання камери реакції і іншого співвідношення її конструктивних параметрів між собою і камерою змішування забезпечується підвищення інтенсивності перемішування продуктів в камері реакції і формування основних показників якості технічного вуглецю - зменшення шорсткості, підвищення структурної і дисперсності кінцевого продукту і, як наслідок, підвищення посилюючих властивостей отриманого технічного вуглецю в гумі і гумотехнічних виробах. Поставлена задача вирішується тим, що в реакторі для отримання технічного вуглецю, що включає металевий корпус, внутрішня поверхня якого футерована вогнетривким матеріалом, і послідовно і співвісно розташовані в корпусі камеру горіння, обладнану засобами для подачі палива і повітря, камеру змішування, обладнану сировинними форсунками, камеру реакції і камеру загартування, обладнані форсунками для подачі води, згідно корисної моделі камера реакції виконана східчастою і містить принаймні дві циліндрові ділянки з діаметрами, що збільшуються в напрямі від камери змішування до камери загартування. Доцільно, що співвідношення меншого діаметра d1 до більшого діаметра d2 зазначених циліндрових ділянок складає 0,70-0,80, а співвідношення їх довжин l1 і l2 відповідно до довжини Lp камери реакції складає 0,15-0,20 і 0,80-0,85. Доцільно, що співвідношення довжини Lp камери реакції до відстані l3 від сировинних форсунок камери змішування до ділянки камери реакції, виконаної з діаметром d1, складає 2,97-3,09, а співвідношення довжини Lp камери реакції до відстані l4 від сировинних форсунок камери змішу 44716 4 вання до початку ділянки камери реакції, виконаної з діаметром d2, складає 2,03-2,07. Для забезпечення регулювання фізикохімічних властивостей технічного вуглецю камера реакції містить розташовані по її довжині принаймні два пояси каналів, перший з яких включає один радіальний канал, виконаний з можливістю встановлення пірометра або форсунки для подачі води, а другий включає два канали, зміщені один щодо одного в радіальному напрямі на 180° і виконаних з можливістю встановлення форсунок для подачі води, при цьому співвідношення відстані l3 від сировинних форсунок до першого пояса до відстані l3 від сировинних форсунок камери змішування до ділянки камери реакції, виконаної з діаметром d1, складає 2,52-2,62, а співвідношення відстані l6 від сировинних форсунок до другого пояса до відстані l3 від сировинних форсунок камери змішування до ділянки камери реакції з діаметром d1 складає 3,35-3,42. Пропонована конструкція реактора за рахунок виконання камери реакції східчастої із зазначеними конструктивними розмірами дозволяє забезпечити східчасте розширення потоку продуктів реакції і, за рахунок цього, більш інтенсивне їх перемішування. Ця обставина дозволяє уникнути збільшення вторинних реакцій, негативно впливаючих на якість технічного вуглецю. Зрештою має місце зниження шорсткості, підвищення структурної і дисперсності одержуваного технічного вуглецю. Отриманий кінцевий продукт має більш стабільні фізико-хімічні властивості, які покращують характеристики міцності гуми і гумотехнічних виробів. При цьому, також, як в реакторі-прототипі, забезпечується стабільний процес горіння і повнота спалювання палива за рахунок інтенсивного перемішування реагентів паливоповітряної суміші і подальше вирівнювання потоку продуктів згоряння при їх надходженні в камеру змішування, ефективне протікання процесів в камері змішування і в камері загартування, і, як наслідок, збільшення виходу кінцевого продукту по відношенню до маси вихідної вуглеводневої сировини. Сутність корисної моделі пояснюється представленою фігурою креслення, де показана принципова схема пропонованого реактора. Реактор для отримання технічного вуглецю складається з циліндрового металевого корпусу 1, внутрішня поверхня якого футерована вогнетривким матеріалом 2, наприклад, на основі оксиду алюмінію, і послідовно і співвісно розташованих в корпусі 1 камери горіння 3, циліндрової камери змішування 4, східчастої камери реакції 5 і циліндрової камери загартування 6. Камера горіння 3 в торцевій частині обладнана пальником 7 для подачі палива і камерою 8 для подачі повітря. Камера горіння містить циліндрову частину і конічну горловину 9. Циліндрова частина виконана східчастою і включає принаймні дві ділянки 10, 11, виконаних із збільшенням їх діаметрів у напрямі конічної горловини 9. Циліндрова ділянка з великим діаметром 11 виконана з плавним переходом до конічної горловини 9, а конічна горловина 9 5 виконана з плавним переходом до камери змішування 4. Камера змішування 4 обладнана чотирма радіально розташованими сировинними форсунками 12 для подачі вуглеводневої сировини, розміщеними із зміщенням одна щодо одної на 90°. Сировинні форсунки 12 виконані з можливістю подачі вуглеводневої сировини одночасно з відповідною присадкою, яка заздалегідь з ним перемішується. Камера реакції 5 виконана східчастою і містить принаймні дві циліндрові ділянки з діаметрами d1 і d2, що збільшуються в напрямі від камери змішування 4 до камери загартування 6. Співвідношення меншого діаметра d1 до більшого діаметра d2 зазначених циліндрових ділянок складає 0,70-0,80, а співвідношення їх довжин l1 і l2 відповідно до довжини Lp камери реакції 5 складає 0,15-0,20 і 0,800,85. Співвідношення довжини Lp камери реакції до відстані l3 від сировинних форсунок 12 камери змішування 4 до ділянки камери реакції 5, виконаної з діаметром d1 складає 2,97-3,09, а співвідношення довжини Lp камери реакції 5 до відстані l4 від сировинних форсунок 12 камери змішування 4 до початку ділянки камери реакції 5, виконаної з діаметром d2, складає 2,03-2,07. Камера реакції 5 містить розташовані по її довжині принаймні два пояси каналів, перший з яких включає один радіальний канал 13, виконаний з можливістю встановлення пірометра або форсунки для подачі води, а другий містить два симетричні канали 14, зміщених один щодо одного в радіальному напрямі на 180° і виконаних з можливістю встановлення форсунок для подачі води. Співвідношення відстані l5 від сировинних форсунок 12 камери змішування 4 до зазначеного першого пояса до відстані l3 від сировинних форсунок 12 камери змішування 4 до ділянки камери реакції 5, виконаної з діаметром d1 складає 2,522,62. Співвідношення відстані l6 від сировинних форсунок 12 камери змішування 4 до зазначеного другого пояса до відстані l3 від сировинних форсунок 12 камери змішування 4 до ділянки камери реакції 5, виконаної з діаметром d1, складає 3,353,42. Камера загартування 6 містить ряд поясів форсунок для подачі води 15, розташованих по її довжині із заданим кроком t один щодо одного. Кожний пояс містить по чотири форсунки, зміщених одна щодо одної в радіальному напрямі на 90°. Реактор працює таким чином. Горючий газ і заздалегідь нагріте до температури 450-700°С повітря середнього тиску вводяться, відповідно, через пальник 7 і камеру 8 в камеру горіння 3. Співвідношення витрати горючого газу і повітря в суміші, що утворюється, яке характеризується стехіометричним коефіцієнтом α, складає 1,1-1,5. В камері горіння 3 відбувається інтенсивне спалювання суміші, температура продуктів горіння на вході в камеру змішування 4 складає 17001900°С. При цьому, в результаті виконання циліндрової частини камери горіння 3 східчастою, що складається з двох, що збільшуються по діаметру, 44716 6 ділянок 10,11, відбувається інтенсивне перемішування продуктів горіння, а також додатковий «підпал» суміші в зонах уступів, що суттєво стабілізує процес горіння. Продукти повного згоряння поступають через конічну горловину 9 в камеру змішування 4. Унаслідок виконання конічної горловини 9 з плавним переходом, що виключає виникнення завихрень, відбувається поступове вирівнювання потоку продуктів повного згоряння і в камеру змішування 4 поступає направлений, більш «згладжений» і однорідний потік. По трубопроводу (не показаний) в кожну сировинну форсунку 12 подається вуглеводнева сировина, в яку вводиться присадка, наприклад, водний розчин К2СО3. Введення присадки проводиться, наприклад, чотирьохплунжерним насосом (не показаний) одночасно у все сировинні форсунки 12. Вуглеводнева сировина, заздалегідь нагріта перед подачею до температури 170-250°С, проходить через фільтр тонкого очищення (не показаний) і подається під тиском через чотири сировинні форсунки 12 всередину камери змішування 4 з утворенням стрічних факелів, сприяючих процесу реакції. В результаті відбувається випаровування вуглеводневої сировини і часткове його перетворення в продукти реакції - технічний вуглець, оксид вуглецю, водяні пари і водень. Продукти реакції з камери змішування 4 поступають в камеру реакції 5, де за рахунок її східчастого розширення інтенсивно перемішуються. Через форсунки, встановлені в каналах 13, 14, в камеру реакції 5 подається вода з температурою 10-30°С, яка за рахунок відбору тепла від продуктів реакції випаровується. Форсунки встановлені таким чином, що забезпечують пониження температури реакції і утворення технічного вуглецю із заданими властивостями. За рахунок пропонованого розташування форсунок в зоні реакції змінюються якісні показники технічного вуглецю, зокрема, зменшується шорсткість, підвищуються його структурна і дисперсність. При необхідності контролю температурних параметрів в камері реакції в канал 13 встановлюють пірометр (не показаний). Співвідношення конструктивних параметрів камери реакції 5, що заявляються, і камери змішування 4 забезпечує час, необхідний для створення заданих стабільних параметрів технічного вуглецю. Остаточне формування фізико-хімічних властивостей технічного вуглецю проводиться в камері загартування 6 шляхом регулювання подачі води через форсунки 15. Температура потоку суміші після подачі води за допомогою форсунок 15 знижується до 800°С. Далі отримана вуглецевогазова суміш виводиться з камери загартування 6 для відділення газів від технічного вуглецю. Технічне рішення, що заявляється, випробуване, на 1-му технологічному потоці на ВАТ «Кременчуцький завод технічного вуглецю» при отриманні активних марок технічного вуглецю №339 і 375. Реактор дозволяє отримати технічний вуглець з фізико-хімічними властивостями, які покращують характеристики міцності гуми і гумотехнічних виробів. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 44716 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601