Установка для безперервного піролізу подрібнених полімерних відходів з системою їх подачі в реактор

Реферат: Установка для безперервного піролізу подрібнених полімерних відходів з системою їх подачі в реактор містить реактор піролізу, систему зовнішнього обігріву реактора, бункери завантаження та розвантаження, бункер завантаження змонтований на плунжерному пристрої, який містить платформу з закріпленим на ній корпусом, вихідний кінець якого виконано у вигляді зрізаного конуса, в корпусі розташований поршень у вигляді стакана, всередині якого установлено гідроциліндр подвійної дії, один кінець його закріплено до внутрішньої поверхні дна поршня, а другий - до платформи. Крім цього, зрізаний конус виконаний порожнистим і своїм більшим отвором з'єднаний з реактором, 2/3 частини зовнішньої бокової поверхні зрізаного конуса зі сторони реактора оснащено водяною сорочкою, а зі сторони меншого отвору з діаметрально протилежних сторін вмонтовані плоскі теплообмінники, які розташовані повздовж зрізаного конуса і виступають всередину його, при цьому теплообмінники установлені в тепловому контакті з зовнішньою боковою поверхнею корпуса зрізаного конуса, який охолоджується водяною сорочкою. UA 95854 U (12) UA 95854 U UA 95854 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до галузі машинобудування, зокрема до пристроїв термічної утилізації суміші твердих високомолекулярних органічних відходів, які в процесі утилізації нагріваються і розкладаються на рідку, тверду та газоподібну фракції в екологічно безпечному режимі і може бути використаний в комунальному господарстві, хімічній, нафтохімічній та інших галузях промисловості для регенерації твердих органічних відходів у низькомолекулярне рідке та газоподібне паливо. Відомо про установку для термічної утилізації суміші високомолекулярних органічних побутових та промислових відходів (див. патент України № 69061, МПК 7 F23G 7/00, C10G 1/00, опубл. 16.01.06. Бюл. № 1), що містить циліндричний реактор піролізу, обладнаний системою зовнішнього обігріву та бункерами завантаження і розвантаження, пристрій для багатоступеневого циркуляційного охолодження парогазової суміші та вихідний конденсатор з водяним охолодженням. Пристрій виконаний у вигляді теплообмінної рециркуляційної колони, установленої в середній частині реактора вертикально до робочої камери реактора піролізу. Рециркуляційна колона у верхній частині обладнана дозатором подачі твердого гранульованого теплообмінного матеріалу та циклоном, вхід якого з'єднаний із верхньою частиною рециркуляційної колони, а вихід - з вихідним конденсатором. Ознаки, які збігаються з істотними ознаками установки, що заявляється: - реактор піролізу; - система зовнішнього обігріву реактора; - бункери для завантаження та розвантаження реактора. Причини, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату: - по-перше, бункерна система завантаження реактора формує направлений потік відходів, але не забезпечує примусову безперервну подачу відходів у реактор. - по-друге, бункер не забезпечує необхідну герметизацію реактора в процесі подачі відходів у реактор. - по-третє, бункер не забезпечує протидію тиску парогазової суміші, яка утворюється в реакторі в процесі піролізу органічних відходів. Таким чином, відома конструкція не може забезпечити безперервну термічну утилізацію полімерних відходів в режимі екологічної безпеки. Найбільш близькою за технічною суттю до заявленої установки є установка для безперервного піролізу твердих органічних відходів (див. патент України на винахід № 96079, МПК 7 F23G 5/027, опубл. 26.09.11. Бюл. № 18), що містить реактор піролізу зі шнеком, систему зовнішнього обігріву реактора, бункери завантаження та розвантаження, бункер завантаження змонтований на плунжерному пристрої, який містить платформу з закріпленим на ній корпусом, вихідний кінець якого виконано у вигляді зрізаного конуса, своїм меншим отвором герметично з'єднаного з реактором, при цьому в корпусі розташований поршень у вигляді стакана, всередині якого установлено гідроциліндр подвійної дії, один кінець його закріплено до внутрішньої поверхні дна поршня, а другий - до платформи, а на стику бункера з корпусом, зі сторони конуса, вмонтовано ніж, лезо якого спрямовано в сторону відкритого отвору бункера. На внутрішній поверхні конуса по периметру розташовані виступи, кожен із яких в перерізі має вигляд трикутника, вершина якого направлена в сторону більшого отвору конуса. Відносна довжина поршня L - визначається за формулою: V lб   10  3 L V 10  3 S ,   1  lб lб S * lб lб де: lб - довжина вхідного отвору в корпусі із бункера, м; V - об'єм порції відходів, які 3 45 50 55 2 подаються в реактор за один прохід поршня, м ; S - площа поршня, м . Ознаки, які збігаються з істотними ознаками установки, що заявляється: - реактор піролізу; - систему зовнішнього обігріву реактора; - бункери завантаження та розвантаження; - бункер завантаження змонтований на плунжерному пристрої, який містить платформу з закріпленим на ній корпусом, вихідний кінець якого виконано у вигляді зрізаного конуса; - в корпусі розташований поршень у вигляді стакана, всередині якого установлено гідроциліндр подвійної дії, один кінець його закріплено до внутрішньої поверхні дна поршня, а другий - до платформи. Причини, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату: - відома конструкція установки з бункером завантаження забезпечує формування потоку твердих органічних відходів і не забезпечує герметичності реактора, оскільки парогазова суміш (ПГС) під дією тиску виштовхує технологічну пробку, утворену ущільненими подрібненими 1 UA 95854 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 полімерами і ядовиті пари ПГС прориваються через бункер в навколишнє середовище, що не забезпечує екологічну чистоту технологічного процесу. При цьому, при безперервній подачі твердих відходів у вигляді подрібнених полімерів, останні не удержуються виступами, які виконані на внутрішній поверхні конуса. Крім того, якщо розташувати реактор під кутом до горизонту і плунжерну систему вмонтувати в нижній його точці, то виникає аварійна ситуація пов'язана з проривом розплавлених полімерів в загрузочний бункер. Таким чином, плунжерна система повинна забезпечувати не тільки ущільнення і видалення залишків повітря із відходів, які подаються в реактор, а і удержувати надлишковий тиск ПГС, який утворюється в реакторі при термічному розкладанні органічних відходів, в даному випадку подрібнених полімерів. Слід відмітити, що в результаті нагріву реактора до робочої температури 650-800 °C, частина полімерів, які знаходяться в звужуючій конусній частині системи подачі із сторони реактора, розплавляються, а при зупинці реактора вони тверднуть, в результаті при повторному включенні відомої конструкції, проштовхнути нову порцію відходів в реактор в звужуючому каналі зрізаного конусу практично не можливо, що не може забезпечити необхідних експлуатаційних вимог при безперервній подачі вхідної сировини. Таким чином, відома конструкція установки не може забезпечити безперервну надійну термічну утилізацію твердих органічних відходів, забезпечуючи при цьому жорсткі умови екологічної безпеки. В основу даної корисної моделі поставлено задачу удосконалити установку для безперервного піролізу подрібнених полімерних відходів з системою їх подачі в реактор, шляхом введення нових конструктивних елементів, які дозволять забезпечити надійне утворення і подальше відновлення технологічної пробки, утвореної подрібненими полімерами в процесі їх порціонної подачі в розплав полімерів, які знаходяться в реакторі і при цьому забезпечити максимальне видалення із них повітря. Суть корисної моделі полягає в тому, що установка для безперервного піролізу подрібнених полімерних відходів з системою їх подачі в реактор, що містить реактор піролізу, систему зовнішнього обігріву реактора, бункери завантаження та розвантаження, бункер завантаження змонтований на плунжерному пристрої, який містить платформу з закріпленим на ній корпусом, вихідний кінець якого виконано у вигляді зрізаного конуса, в корпусі розташований поршень у вигляді стакана, всередині якого установлено гідроциліндр подвійної дії, один кінець його закріплено до внутрішньої поверхні дна поршня, а другий - до платформи, згідно з пропозицією, зрізаний конус виконаний порожнистим і своїм більшим отвором з'єднаний з реактором, 2/3 частини зовнішньої бокової поверхні зрізаного конуса зі сторони реактора оснащено водяною сорочкою, а зі сторони меншого отвору з діаметрально протилежних сторін вмонтовані плоскі теплообмінники, які розташовані повздовж зрізаного конуса і виступають всередину його, при цьому теплообмінники установлені в тепловому контакті з зовнішньою боковою поверхнею корпуса зрізаного конуса, який охолоджується водяною сорочкою. Теплообмінники виступають всередину зрізаного конуса на глибину 1/3 його діаметра в площині їх розташування. Зрізаний конус може бути виконаний у вигляді зрізаної піраміди з парною кількістю сторін. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками запропонованої конструкції та досягнутим технічним результатом, слід визначити наступне: Ознаки: «…зрізаний конус виконаний порожнистим і своїм більшим отвором з'єднаний з реактором, 2/3 частини зовнішньої бокової поверхні зрізаного конуса зі сторони реактора оснащено водяною сорочкою…», що дозволяє забезпечити, по-перше, вільне проходження подрібнених полімерів по порожнині зрізаного конусу від меншого його отвору до більшого, а ущільнення відходів забезпечується за рахунок протидії стовпа розплавлених полімерів в реакторі і тиску всередині його на технологічну пробку, яку створюють полімери, які проштовхуються в реактор, по-друге, та частина розплавлених полімерів, які складають технологічну пробку щільно контактують з внутрішньою поверхнею зрізаного конусу, що виключає прорив токсичних парів ПГС, яка концентрується в верхній частині реактора. Крім того, при зупинці реактора і його охолодженні розплавлений полімер затвердіє за рахунок охолодження водяною сорочкою, що забезпечить надійну пробку, а при повторному включенню реактора поршень з допомогою гідроциліндра зірве указану пробку і вільно просуне її у реактор разом з новою порцією відходів. Водяна сорочка виконана на 2/3 довжини зрізаного конуса, що визначено експериментально, при зменшенні її з урахуванням низької теплопровідності подрібнених і розплавлених полімерів, ефективність охолодження різко падає, визначена довжина водяної сорочки сприяє інтенсивному охолодженню розплавленого полімеру всередині зрізаного конуса як в процесі роботи реактора, так і в момент його виключення, що виключає прорив розплаву полімерів в тому числі і токсичних парів ПГС в навколишнє середовище. Таким чином, забезпечується протидія пробки великому тиску в реакторі, оскільки ущільнення 2 UA 95854 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 подрібнених полімерів проходить в конусній частині від більшого отвору зрізаної піраміди до меншого. Ознаки: «…зі сторони меншого отвору з діаметрально протилежних сторін вмонтовані плоскі теплообмінники, які розташовані повздовж зрізаного конуса і виступають всередину його, при цьому теплообмінники установлені в тепловому контакті з зовнішньою боковою поверхнею корпуса зрізаного конуса, який охолоджується водяною сорочкою. Теплообмінники виступають всередину зрізаного конуса на глибину 1/3 його діаметра в площині їх розташування …» дозволяють забезпечити охолодження і відповідно твердіння і зупинку розплавленого полімеру і виключення прориву його в бункер загрузки. Наприклад, в випадку поломки плунжерної системи, коли неможливо подати в реактор нову порцію відходів, полімери, які знаходяться в порожнині зрізаного конуса прогріються від нагрітого реактора на більшу глибину, відповідно, і розплавляться. Оскільки теплопровідність подрібнених і розплавлених полімерів дуже мала, порядку 0,1-0,2 Вт/м·град, то водяного охолодження недостатньо, а як показали експерименти, теплообмінники, які виступають всередину зрізаного конуса на глибину 1/3 його діаметра гарантовано охолоджують розплав полімерів, при цьому вони тверднуть, що виключає подальше їх просування. При зменшенні глибини виступу теплообмінника різко падає його ефективність в охолодженні розплаву полімерів, а при його збільшенні збільшується опір проштовхування подрібнених полімерів, а це потребує установки гідроциліндрів більшої потужності, що не доцільно. Ознаки: «…Зрізаний конус може бути виконаний у вигляді зрізаної піраміди з парною кількістю сторін…», оскільки сам реактор конструктивно може бути виконаний не тільки у вигляді циліндра, а і у вигляді зрізаної піраміди, то відповідно і зрізаний конус доцільно виконати аналогічної форми, що буде відповідати всім вимогам представленої формули корисної моделі. Нові ознаки відповідають критерію "винахідницький задум", оскільки не є очевидними і в сукупності (або окремо) не зустрічалися в доступних авторам літературних і патентних джерелах. Таким чином, сукупність істотних ознак дозволить забезпечити надійне утворення і подальше відновлення технологічної пробки, утвореної подрібненими полімерами в процесі їх порціонної подачі в розплав полімерів, які знаходяться в реакторі і при цьому забезпечити максимальне видалення із них повітря. В результаті забезпечується безперервна робота установки в екологічно безпечному режимі. Суть корисної моделі пояснюється рисунками: на Фіг. 1. Конструктивна схема установки; на Фіг. 2. Фрагмент зрізаного конусу; на Фіг. 3. Зовнішній вигляд бункера завантаження з плунжерною системою і зрізаним конусом (ЗД). Потоки: ПП - подрібнені полімери; ТП - технологічна пробка із подрібнених полімерів; РП - розплавлені полімери; ПГС - вихідна парогазова суміш утворена при термічному розкладанню розплавлених полімерів; ДГ - димові гази. Установка для безперервного піролізу подрібнених полімерних відходів з системою їх подачі в реактор, що містить реактор піролізу 1, систему зовнішнього обігріву 2 реактора 1, бункери завантаження 3 та розвантаження 4. Бункер завантаження 3 змонтований на плунжерному пристрої, який містить платформу 5 з закріпленим на ній корпусом 6, вихідний кінець якого виконано у вигляді зрізаного конуса 7, в корпусі 6 розташований поршень 8 у вигляді стакана, всередині якого установлено гідроциліндр 9 подвійної дії, один кінець його закріплено до внутрішньої поверхні дна поршня 8, а другий - до платформи 5. Зрізаний конус 7 виконаний порожнистим і своїм більшим отвором 10 з'єднаний з реактором 1, 2/3 частини зовнішньої бокової поверхні зрізаного конуса 7 зі сторони реактора 1 оснащено водяною сорочкою 11, а зі сторони меншого отвору 12 з діаметрально протилежних сторін вмонтовані плоскі теплообмінники 13, які розташовані повздовж зрізаного конуса 7 і виступають всередину його. Конструктивно теплообмінники можуть бути виконані у вигляді металевої пластинки із теплопровідного матеріалу, наприклад мідь, латунь та інше. При цьому, теплообмінники 13 установлені в тепловому контакті з зовнішньою боковою поверхнею корпуса зрізаного конуса 7, який охолоджується водяною сорочкою 11. Теплообмінники 13 виступають всередину зрізаного конуса 7 на глибину 1/3 його діаметра в площині їх розташування. Зрізаний конус 7 може бути виконаний у вигляді зрізаної піраміди з парною кількістю сторін. Система зовнішнього обігріву 2 3 UA 95854 U 5 10 15 20 25 30 35 40 містить пальник 14 і систему перегородок 15, розташованих навколо реактора 1, які забезпечують зигзагоподібний рух димових газів навколо реактора 1, що забезпечує максимальну інтенсивність нагріву реактора 1, вихід димових газів в навколишнє середовище забезпечує димова труба 16. Установка для безперервного піролізу подрібнених полімерних відходів з системою їх подачі в реактор працює наступним чином: Попередньо заповнюють реактор подрібненими полімерами (ПП), які подають в бункер 3, який змонтований на плунжерному пристрої і платформі 5, з бункера 3 відходи надходять перед поршнем 8 в корпус 6 плунжерного пристрою. При накопиченні достатньої кількості відходів в корпусі 6, включається маслостанція (на рисунку не показана), яка подає масло під великим тиском в гідроциліндр 9. Гідроциліндр 9 подвійної дії, один кінець його закріплений на внутрішній поверхні поршня 8, а другий на опорі платформи 5. Гідроциліндр 9 приходить в дію і своїм штоком штовхає поршень 8 в крайнє праве положення, тим самим проштовхує подрібнені полімери в зрізаний конус 7, відповідно ущільнює їх і видавлює із них залишки повітря, утворюючи із них щільну пробку (ТП). Після досягнення поршнем крайнього правого положення, він з допомогою зворотної дії гідроциліндра 9, повертається в крайнє ліве положення, після чого цикл повторюється, при цьому технологічна пробка (ТП) з подрібнених полімерів, яка була в зрізаному конусі 7 раніше, проштовхується в реактор 1 новою порцією подрібнених полімерів, а нова технологічна пробка утворюється із нової порції подрібнених полімерів. Розрахована по формулі довжина поршня 8 і його площа забезпечує проштовхування подрібнених полімерів заданого об'єму і при цьому виключає провалювання їх за тильну сторону поршня. Таким чином, заповнюють 0,8 % об'єму реактора 1. Далі запускають установку, розігрівають реактор 1, з допомогою пальника 14, відповідно димові гази проходять навколо реактора 1 через систему зовнішнього обігріву 2 з перегородками 15, розташованими навколо реактора 1, гарячі димові гази, нагрівають реактор і виходять через димову трубу 16. Під дією високої температури (600800 °C) полімери розплавляються і в подальшому розкладаються з утворенням ПГС, яка надходить на багатоконтурну циркуляційну систему (на рисунку не показано). В процесі тривалого часу нагріву реактора 1 частина полімерів, які утворюють технологічну пробку (ТП), також розплавляються, і якщо часто подавати плунжерною системою полімерні відходи в реактор 1, то водяна система охолодження 11 забезпечує стійку технологічну пробку. В випадку зменшення частоти подачі подрібнених полімерів частина розплавлених полімерів в ТП збільшується і може дійти до теплообмінників 13, які забезпечують їх охолодження до твердого стану і тим самим виключається прорив розплавлених полімерів в бункер 3 і відповідно в навколишнє середовище. Протидія проштовхуванню технологічної пробки стовпом розплавлених полімерів, які знаходяться в реакторі забезпечує ущільнення подрібнених полімерів в (ТП), оскільки сила протидії направлена зі сторони більшої основи 10 в сторону меншої основи 12 зрізаного конуса. Твердий залишок, який залишається після термічного розкладання полімерів поступає в бункер розвантаження 4 і видаляється із реактора 1. Запропонована конструкція установки для безперервного піролізу подрібнених полімерних відходів з системою їх подачі в реактор дозволить в екологічно безпечному і безперервному режимі забезпечити повний термічний розклад полімерів, при високій температурі і тиску в середині реактора, за рахунок утворення із подрібнених полімерів щільної пробки між герметичним реактором і бункером і виключення прориву розплаву полімерів і токсичних парів ПГС в навколишнє середовище. 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 1. Установка для безперервного піролізу подрібнених полімерних відходів з системою їх подачі в реактор, що містить реактор піролізу, систему зовнішнього обігріву реактора, бункери завантаження та розвантаження, бункер завантаження змонтований на плунжерному пристрої, який містить платформу з закріпленим на ній корпусом, вихідний кінець якого виконано у вигляді зрізаного конуса, в корпусі розташований поршень у вигляді стакана, всередині якого установлено гідроциліндр подвійної дії, один кінець його закріплено до внутрішньої поверхні дна поршня, а другий - до платформи, яка відрізняється тим, що зрізаний конус виконаний порожнистим і своїм більшим отвором з'єднаний з реактором, 2/3 частини зовнішньої бокової поверхні зрізаного конуса зі сторони реактора оснащено водяною сорочкою, а зі сторони меншого отвору з діаметрально протилежних сторін вмонтовані плоскі теплообмінники, які розташовані повздовж зрізаного конуса і виступають всередину його, при цьому теплообмінники установлені в тепловому контакті з зовнішньою боковою поверхнею корпуса зрізаного конуса, який охолоджується водяною сорочкою. 4 UA 95854 U 2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що теплообмінники виступають всередину зрізаного конуса на глибину 1/3 його діаметра в площині їх розташування. 3. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що зрізаний конус може бути виконаний у вигляді зрізаної піраміди з парною кількістю сторін. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5