Патент на изобретение №2334181

(54) КАМЕРА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕНА МЕЖДУ ДИСПЕРГИРОВАННЫМИ ЧАСТИЦАМИ И ГАЗООБРАЗНОЙ СРЕДОЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу сушки растворов с получением гранулированного продукта, обладающего повышенной гигроскопичностью, и может использоваться в различных областях химических технологий и смежных отраслей техники, где предъявляются повышенные требования к величине конечной влажности продукта. Камера для проведения тепломассообмена содержит корпус с крышкой, размещенный внутри корпуса концентрично ему сосуд с пористыми стенками, расположенную внутри сосуда форсунку и устройство для отбора отработавшей газообразной среды с пористой рабочей поверхностью, снабженное приводом, при этом внутри сосуда закреплены решетки, между которыми насыпан слой инертного носителя, повышающий эффективность тепломассообмена, при этом для повышения эффективности работы инертного носителя к вращающемуся полому пористому цилиндру прикреплены, по крайней мере, два стержня, оси которых параллельны оси цилиндра, и находятся на одинаковом расстоянии от его оси, а к каждому из стержней под углом 45…90° прикреплены дополнительные стержни, позволяющие интенсифицировать тепломассообмен между газообразной средой и диспергированными частицами, форсунка выполнена акустической, а ее резонатор – в виде тороидальной полости или, по крайней мере, одной сферической полости, расположенной в торцевой стенке корпуса, обращенной к распределительной головке, причем сферическая полость соединена калиброванным отверстием с зазором между вертикальным отверстием в торцевой стенке корпуса и стержнем распределительной головки, причем в сечении, перпендикулярном оси стержня, зазор имеет кольцевое сечение, а распределительная головка выполнена в виде корпуса с крышкой в виде усеченных конусов, соединенных большими основаниями, причем в корпусе расположен коллектор в виде цилиндрической полости, соединенный кольцевым каналом, образованным внешней цилиндрической поверхностью полого стержня и соосными с ним отверстиями одинакового диаметра, выполненными соответственно в крышке и корпусе распределительной головки, с, по крайней мере, тремя, равномерно размещенными по окружности и перпендикулярными оси стержня каналами для выхода диспергированных частиц раствора, причем срез отверстий расположен на конической поверхности крышки распределительной головки, угол наклона которой определяет корневой угол факела распыленного раствора. Технический результат – повышение эффективности процессов сушки и прокалки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для осуществления тепломассообменных процессов, преимущественно сушки во взвешенном состоянии.

Наиболее близким к заявленному объекту по технической сущности является камера по а.с. СССР №840629, F26B 3/12, 1979 г. для проведения тепломассообмена между жидкими или твердыми частицами и газообразным агентом, выполненные в виде закрытого сосуда цилиндрической формы переменного объема с пористыми стенками, и распылителями (прототип).

Однако применение цилиндрического сосуда переменного объема не позволяет в известной конструкции осуществлять тепломассообмен капель при непрерывном удалении из камеры теплоносителя, что резко ограничивает ее производительность и, соответственно, исключает возможность использования для осуществления тепломассообмена в промышленных условиях при распылительной сушке.

Технический результат – повышение производительности путем непрерывного отвода отработавшего теплоносителя.

Это достигается тем, что в камере для проведения тепломассообмена, содержащей корпус с крышкой, размещенный внутри корпуса концентрично ему сосуд с пористыми стенками, расположенную внутри сосуда форсунку и устройство для отбора отработавшей газообразной среды с пористой рабочей поверхностью, снабженное приводом, согласно изобретению внутри сосуда закреплены решетки, между которыми насыпан слой инертного носителя, повышающий эффективность тепломассообмена, при этом для повышения эффективности работы инертного носителя к вращающемуся полому пористому цилиндру прикреплены, по крайней мере, два стержня, оси которых параллельны оси цилиндра, и находятся на одинаковом расстоянии от его оси, а к каждому из стержней под углом 45…90° прикреплены дополнительные стержни, позволяющие интенсифицировать тепломассообмен между газообразной средой и диспергированными частицами, форсунка выполнена акустической, а ее резонатор – в виде тороидальной полости или, по крайней мере, одной сферической полости, расположенной в торцевой стенке корпуса, обращенной к распределительной головке, причем сферическая полость соединена калиброванным отверстием с зазором между вертикальным отверстием в торцевой стенке корпуса и стержнем распределительной головки, причем в сечении, перпендикулярном оси стержня, зазор имеет кольцевое сечение, а распределительная головка выполнена в виде корпуса с крышкой в виде усеченных конусов, соединенных большими основаниями, причем в корпусе расположен коллектор в виде цилиндрической полости, соединенный кольцевым каналом, образованным внешней цилиндрической поверхностью полого стержня и соосными с ним отверстиями одинакового диаметра, выполненными соответственно в крышке и корпусе распределительной головки, с, по крайней мере, тремя, равномерно размещенными по окружности и перпендикулярными оси стержня каналами для выхода диспергированных частиц раствора, причем срез отверстий расположен на конической поверхности крышки распределительной головки, угол наклона которой определяет корневой угол факела распыленного раствора.

На фиг.1 представлена схема предложенной камеры, на фиг.2 – схема пневматической акустической форсунки.

В корпусе 1 коаксиально расположен сосуд 2 с пористыми стенками, образуя свободное пространство для равномерного прохождения газообразной среды (теплоносителя) в сосуд 2. Корпус 1 и сосуд 2 выполнены цилиндрическими. Подвод и отвод теплоносителя осуществляется через патрубки 3 и 4. Подача частиц или распыление жидкости в объем сосуда 2 осуществляется при помощи пневматической акустической форсунки 5. В зависимости от производительности камеры в промышленных условиях подача твердых частиц или распыление жидкости (раствора) может осуществляется несколькими распылителями (форсунками) 5, равномерно расположенными по всему сечению сосуда 2. Удаление сухого продукта осуществляется путем открытия пористого дна 6, закрепленного в нижней части сосуда 2 при помощи крышки 7. Дня удаления теплоносителя из объема сосуда 2 предусмотрено устройство для отбора отработавшей газообразной среды – вращающийся от привода полый пористый цилиндр 8 с перфорированной решеткой 19 на нижнем торце. Цилиндр 8 соединен посредством вала 9 с приводом 10. Цилиндр 8 наполовину длины своей рабочей поверхности выведен за пределы корпуса 1, т.е. его части, размещенные внутри сосуда 2 и в полости 11 между верхней стенкой корпуса 1 и верхней крышкой 12, равны. Это позволяет уменьшить гидравлические потери при отводе теплоносителя. Удаление готового сухого продукта осуществляется из бункера 13, соединенного с разгрузочным патрубком 14. Внутри сосуда 2 закреплены решетки 15 и 16, между которыми насыпан слой инертного носителя 20, повышающий эффективность тепломассообмена. Для повышения эффективности работы инертного носителя 20 к вращающемуся полому пористому цилиндру 8 прикреплены, по крайней мере, два стержня 17, оси которых параллельны оси цилиндра 8, и находятся на одинаковом расстоянии от его оси. К каждому из стержней 17 под углом 45…90° прикреплены дополнительные стержни 18, позволяющие интенсифицировать тепломассообмен между теплоносителем и диспергированным материалом.

Акустическая форсунка (фиг.2) содержит полый корпус 21 со стенками, образованными конической и торцевыми поверхностями с размещенным в нем резонатором 29 и полостью 25 для распыливающего агента, поступающего через штуцер 23 в коллектор 22, связанный через отверстия 24 с полостью 25, которая выполнена в виде усеченного конуса с большим и меньшим основанием.

На полом цилиндрическом стержне 27, жестко связанным с корпусом 21, установлена распределительная головка 37 для подачи исходного раствора через штуцер 26, при этом между стержнем 27 и корпусом 21 со стороны меньшего основания усеченного конуса, образующего полость 25, имеется кольцевой зазор 28. Резонатор 29 выполнен в виде, по крайней мере, одной сферической полости, расположенной в торцевой стенке корпуса 21, обращенной к распределительной головке 37, причем сферическая полость соединена калиброванным отверстием 30 с зазором 28 между вертикальным отверстием в торцевой стенке корпуса 21 и стержнем 27 распределительной головки 37. В сечении, перпендикулярном оси стержня 27, зазор 28 имеет кольцевое сечение, а распределительная головка 37 выполнена в виде корпуса 34 с крышкой 33 в виде усеченных конусов, соединенных большими основаниями. В корпусе распределительной головки 37 расположен коллектор 30 в виде цилиндрической полости, соединенный кольцевым каналом 38, образованным внешней цилиндрической поверхностью полого стержня 27 и соосными с ним отверстиями одинакового диаметра, выполненными соответственно в крышке 33 и корпусе 34 распределительной головки 37, с, по крайней мере, тремя, равномерно размещенными по окружности и перпендикулярными оси стержня 27 каналами 33 для выхода раствора. Срез отверстий каналов 32 расположен на конической поверхности крышки 33 распределительной головки 37, угол наклона которой определяет корневой угол факела распыленного раствора.

Резонатор 29 может быть выполнен в виде тороидальной полости (не показано), ось которой расположена соосно стержню 27 распределительной головки 37, а его полость соединена, по крайней мере, одним калиброванным отверстием 30 с кольцевым зазором между вертикальным отверстием в торцевой стенке корпуса 26 и стержнем 27 распределительной головки 37. Канал для выхода раствора может быть выполнен в виде радиального кольцевого зазора (не показано), лежащего в плоскости, перпендикулярной оси стержня 27 распределительной головки 37, и образованный в ее крышке 33 посредством пластины 31, жестко прикрепленной к стержню 27, перпендикулярной его оси, и связанной с крышкой 33, по крайней мере, тремя крепежными элементами 39 с образованием радиального кольцевого зазора.

Камера работает следующим образом.

Теплоноситель с заданными температурой и влажностью поступает через патрубок 3 в свободное пространство между стенками корпуса 1 и сосуда 2, а также между крышкой 7 и пористым дном 6. Под действием напора, создаваемого, например вентилятором, теплоноситель проникает через поры стенок сосуда 2 внутрь этого сосуда. Здесь происходит тепломассообмен между теплоносителем и каплями или частицами, непрерывно подаваемыми при помощи распылителя (форсунки) 5. Оседание капель или частиц происходит на инертный носитель 20, а на стенки сосуда 2 предотвращается путем организованного отдува их от стенок теплоносителем, поступающим через поры. Под действием вышеупомянутого напора теплоноситель проходит также через слой инертного носителя 20, расположенного между сетками 15 и 16, а также поры вращающегося полого пористого цилиндра 8, затем попадает во внутренний его объем и, далее через полость 11 к патрубку 4. Удаление сухих частиц, образовавшихся в результате тепломассообмена, осуществляется при снятии крышки 7, и соответственно пористого дна 6. В промышленных условиях готовый продукт удаляется через разгрузочный патрубок 14, соединенный с бункером 13.

Описываемая камера может быть использована в производственных условиях для безуносной сушки во взвешенном состоянии, что позволит исключить потери готового продукта. Использование данной камеры позволит предотвратить загрязнение атмосферы.

Акустическая форсунка для распыливания жидкостей работает следующим образом.

Распыливающий агент, например воздух, подается по штуцеру 23 в коллектор 22, связанный через отверстия 24 с полостью 25, которая выполнена в виде усеченного конуса. Из полости 25 воздух направляется в кольцевой зазор 28 между стержнем 27 и корпусом 21, где встречает на своем пути резонатор 29, выполненный в виде сферической полости, соединенной с зазором 28 посредством калиброванного отверстия 30. В результате прохождения резонатора 29 распыливающим агентом (например, воздухом) в последнем возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора. Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию раствора, подаваемого в распределительную головку 37 через полый стержень 27, из которой раствор подается в виде пленки жидкости, перекрывающей выход распыливающего агента из генератора звуковых колебаний, образованного резонатором 29. Эта пленка дробится под воздействием акустических колебаний воздуха на мелкие капли, в результате чего образуется факел распыленного раствора с воздухом, корневой угол которого определяется величиной угла наклона конической поверхности крышки 33 распределительной головки 37.

Формула изобретения

1. Камера для проведения тепломассообмена, содержащая корпус с крышкой, размещенный внутри корпуса концентрично ему сосуд с пористыми стенками, расположенную внутри сосуда форсунку и устройство для отбора отработавшей газообразной среды с пористой рабочей поверхностью, снабженное приводом, отличающаяся тем, что внутри сосуда закреплены решетки, между которыми насыпан слой инертного носителя, повышающий эффективность тепломассообмена, при этом для повышения эффективности работы инертного носителя к вращающемуся полому пористому цилиндру прикреплены, по крайней мере, два стержня, оси которых параллельны оси цилиндра, и находятся на одинаковом расстоянии от его оси, а к каждому из стержней под углом 45…90° прикреплены дополнительные стержни, позволяющие интенсифицировать тепломассообмен между газообразной средой и диспергированными частицами, форсунка выполнена акустической, а ее резонатор – в виде тороидальной полости или, по крайней мере, одной сферической полости, расположенной в торцевой стенке корпуса, обращенной к распределительной головке, причем сферическая полость соединена калиброванным отверстием с зазором между вертикальным отверстием в торцевой стенке корпуса и стержнем распределительной головки, причем в сечении, перпендикулярном оси стержня, зазор имеет кольцевое сечение, а распределительная головка выполнена в виде корпуса с крышкой в виде усеченных конусов, соединенных большими основаниями, причем в корпусе расположен коллектор в виде цилиндрической полости, соединенный кольцевым каналом, образованным внешней цилиндрической поверхностью полого стержня и соосными с ним отверстиями одинакового диаметра, выполненными соответственно в крышке и корпусе распределительной головки, с, по крайней мере, тремя равномерно размещенными по окружности и перпендикулярными оси стержня каналами для выхода диспергированных частиц раствора, причем срез отверстий расположен на конической поверхности крышки распределительной головки, угол наклона которой определяет корневой угол факела распыленного раствора.

2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что ось тороидальной полости резонатора расположена соосно стержню распределительной головки, а полость соединена, по крайней мере, одним калиброванным отверстием с кольцевым зазором между вертикальным отверстием в торцевой стенке корпуса и стержнем распределительной головки.

3. Камера по п.1, отличающаяся тем, что канал для выхода раствора представляет собой радиальный кольцевой зазор, лежащий в плоскости, перпендикулярной оси стержня распределительной головки, и образованный в ее крышке посредством пластины жестко прикрепленной к стержню, перпендикулярно его оси, и связанной с крышкой, по крайней мере, тремя крепежными элементами с образованием радиального кольцевого зазора.

РИСУНКИ