ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1994 года по МПК B01F11/00 

Изобретение относится к устройствам для проведения процессов в системах жидкость-жидкость, жидкость-твердое, жидкость-газ, жидкость-газ-твердое и может быть использовано в химической, нефтехимической, химико-фармацевтической, биотехнологической, металлургической промышленности для перемешивания, растворения, выщелачивания, экстракции и химических реакций, в частности для цементации галлия.

Известен горизонтальный вибрационный аппарат с сегментными перегородками, корпус которого расположен наклонно к горизонту. На одном торце его размещена мембрана, связанная с вибратором, выполняющая функции пульсационной камеры, а на противоположном торце - мембрана, соединенная с пружинным амортизатором, которая может служить резонансной камерой.

Однако работа такого аппарата с размещенными на противоположных его концах генератором колебаний и резонансной камерой приведет к неуравновешенности колеблющихся масс и повышенным динамическим нагрузкам на фундамент. Это налагает ограничения на его рабочий объем и интенсивность колебательных воздействий, с увеличением которых динамические нагрузки возрастают, чем объясняется невысокая надежность аппарата из-за ограничений допустимой интенсивности колебательных воздействий и невозможности работы аппарата в резонансных условиях по причине низкой надежности аппарат малоэффективен.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности аппарата за счет взаимного уравновешивания колеблющихся масс жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что горизонтальный резонансный аппарат содержит корпус с пульсационными камерами, соединенными с генераторами колебаний, и резонансными камерами, технологические штуцеры для ввода исходных и вывода готовых продуктов. Резонансные камеры имеют одинаковые объемы и размещены симметрично пульсационным камерам, образующим вместе с ними четное количество равнообъемных секций. Генераторы колебаний синхронизированы.

Повышение надежности обеспечивается условным разделением колеблющейся массы жидкости на четное количество равнообъемных сообщающихся секций, при организации в которых противофазных колебаний за счет противоположно направленных относительно пульсационной камеры движений жидкости в примыкающих к ней секциях. Динамические нагрузки, возникающие от колеблющихся масс в каждой отдельной секции, взаимно уравновешивают друг друга.

За счет сбалансированности колеблющихся масс жидкости в аппарате становится возможным проводить высокоинтенсивные колебания, а также резонансные колебания, что позволяет повысить эффективность аппарата за счет мощных динамических воздействий на обрабатываемую систему, ее турбулизации. Этим создаются условия для ведения высокопроизводительных процессов, аппарат не имеет ограничений по объему. Синхронизация генераторов колебаний (работа с одинаковой частотой и начальной фазой) позволяет добиться динамической уравновешенности в аппаратах с большим количеством секций.

На фиг. 1 представлена схема двухсекционного аппарата с одним генератором колебаний; на фиг. 2 - то же, четырехсекционного; на фиг. 3 - то же, с двумя генераторами колебаний.

Двухсекционный аппарат с одним генератором колебаний содержит горизонтальный корпус 1, на концах которого установлены резонаторы 2, а в центральной части - пульсационная камера 3 с эластичной перегородкой 4 (сильфон или мембрана), передающей колебательные воздействия от генератора колебаний 5. Обе секции имеют одинаковую длину l, а резонансные камеры 2 - равные объемы и давление газа в газовых полостях. Штуцеры 6 служат для ввода и вывода исходных компонентов и готовых продуктов.

Четырехсекционный аппарат с одним генератором колебаний также содержит горизонтальный корпус 1, в центре которого имеется пульсационная камера 3 с генератором колебаний 5 на равном расстоянии от которой симметрично с каждой стороны установлены по две резонансные камеры 2, причем по одной из них на концах аппарата. Длина секций, объемы и давление газа в газовых полостях резонансных камер также одинаковы.

Четырехсекционный аппарат с двумя генераторами колебаний в горизонтальном корпусе 1 имеет три резонансные камеры 2, одна из которых установлена в центре аппарата, а между ними размещены пульсационные камеры 3, соединенные через пульсопроводы 7 с генераторами колебаний 5.

Аппараты работают следующим образом.

При включении генераторов колебаний 5 в пульсационных камерах возбуждаются колебания, передающие жидкости в каждую секцию. Колебания в секциях происходят противофазно. При частоте колебаний жидкости, задаваемой генераторами близкой к собственной частоте системы жидкость в секции - газ в резонансной камере, возникают резонансные колебания жидкости, приводящие к резкому возрастанию амплитуды колебаний и интенсивной турбулизации жидкости и ее перемешиванию, за счет чего существенно повышается эффективность процесса. Поскольку колебания жидкости в секциях, расположенных симметрично пульсационным камерам, противофазны, а массы жидкости в них равны, динамическая нагрузка на фундамент полностью компенсируется, что повышает надежность аппарата.

П р и м е р. В резонансном аппарате двухсекционном (фиг. 1) диаметром 0,4 м, длиной секции 3,5 м и объемом газа в резонансных камерах 5х10^-2 м³ проводится процесс растворения поваренной соли в воде в производстве щелочных аккумуляторов. При частоте колебаний 4 Гц и амплитуде 10 мм в системе возникают резонансные колебания с амплитудой до 0,2 м. Это приводит к ускорению массопереноса по сравнению с известным аппаратом при прочих равных условиях более чем в 5 раз при отсутствии динамической нагрузки на фундамент.

В известном аппарате возникающие динамические нагрузки на фундамент вдоль оси аппарата с амплитудой 5550 Н приводят к расшатыванию фундамента и возможному сходу аппарата с места установки.

Результаты сравнительных расчетов для приведенного и других процессов сведены в таблицу.

Таким образом, предлагаемое решение позволяет более чем в 5 раз повысить эффективность и надежность работы аппарата.

Сущность изобретения: горизонтальный резонансный аппарат содержит корпус с пульсационными камерами, соединенными с генератором колебаний, и резонансными камерами, технологические штуцеры для ввода исходных и вывода готовых продуктов. Резонансные камеры имеют одинаковые объемы и размещены симметрично пульсационным камерам, образующим вместе с ними четное количество равнообъемных секций. Генераторы колебаний синхронизированы. 3 ил. , 1 табл.

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус с пульсационными камерами, соединенными с генераторами колебаний, и резонансными камерами, технологические штуцеры для ввода исходных и вывода готовых продуктов, отличающийся тем, что резонансные камеры выполнены с одинаковыми объемами и размещены симметрично относительно пульсационных камер, образующих вместе с ними четное количество равнообъемных секций, при этом генераторы колебаний синхронизированы.