СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Российский патент 1997 года по МПК B01J8/24 

Изобретение относится к проведению циклических или непрерывных физико-химических процессов, например тепло- и массообмена жидких смесей, суспензий, а также смешения и одновременного дробления твердых сыпучих материалов, и может быть использовано в химической, пищевой и медицинской промышленностях.

Известен способ проведения тепло- и массообменных процессов жидких или сыпучих твердых веществ с помощью вибрации, которая заключается в передаче связующих звеньев привода на движение частиц среды /см. книгу К.В.Фролова "Вибрация друг или враг". Наука. М. 1984 г. с. 75, 105/. С помощью такой вибрации проведение процесса не обладает высокой интенсификацией, т.к. для больших амплитуд движений частиц требуются большие затраты энергии и времени. Такой способ требует громоздкого и дорогого оборудования на обеспечение работы вибрирующих органов.

Известно проведение физико-химических процессов, при котором для повышения интенсификации турбулизацию среды осуществляют перемешиванием за счет вращения исполнительного элемента электромагнитного привода /см. авт. св. N 1378907, B 01 F, 11/00, 1988 г./
Недостатком прототипа является необходимость в больших затратах энергии для обеспечения требуемой интенсивности проведения процесса и компенсации потерь при передаче энергии на элементы привода.

Целью изобретения является повышение интенсификации процесса и снижение энергозатрат.

Указанная цель достигается тем, что турбулизацию потока среды, помещенной в емкость, осуществляют путем преобразования импульсов электромагнитного поля, созданного при включении токопроводящего элемента, расположенного снаружи емкости вблизи одной из ее поверхностей, намотанного на диэлектрический каркас и соединенного с накопительным конденсатором, в механические силы деформации указанной поверхности с созданием фонтанирующего потока, контактирующего с этой поверхностью.

Воздействие электромагнитной силы преобразования движения элементов привода в колебания частиц среды известно /см. прототип/, однако применение преобразования импульсов электромагнитного поля в механические силы деформации поверхности емкости для обеспечения движения частиц среды при проведении физико-химических процессов является существенным отличительным признаком, т.к. обеспечивает турбулизацию среды за счет создания фонтанирующего потока, контактирующего с деформируемой поверхностью, что является новым свойством. Такая турбулизация повышает интенсификацию процесса и снижает затраты энергии за счет импульсно-волнового воздействия, что является новым положительным эффектом. В результате предложенное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлен общий вид устройства, на фиг. 2 электрическая схема.

Предложенный способ заключается в том, что турбулизацию среды, помещенной в емкость, осуществляют путем создания ударных волн фонтанирующего потока, контактирующего с поверхностью ее за счет деформации, полученной в результате преобразования импульсов электромагнитного поля, созданного при включении токопроводящего элемента, установленного вне емкости вблизи одной из ее поверхностей, намотанного на диэлектрический каркас и соединенного с конденсатором, в механические силы, перпендикулярно направленные к этой поверхности. Опытным путем установлена необходимая длительность импульса, составляющая 10^-5-10^-2 сек; отношение требуемой для проведения процесса длительности паузы между импульсами к длительности импульса равно 10-10³.

Примером осуществления способа является устройство, состоящее из емкости 1, заполненной жидкой средой или твердым сыпучим материалом, вблизи одной из сторон которой /поверхности дна/ установлен импульсно-волновой излучатель 2, содержащий токопроводящий элемент 3, намотанный на диэлектрический каркас 4. Токопроводящий элемент 3 соединен через управляемый полупроводниковый ключ тиристора 7 с электрозарядным накопителем энергии 8, содержащим накопительный конденсатор 9 и элементы его зарядки, трансформатор 10 и выпрямитель 11. Тиристор 7 соединен с блоком управления 12. Накопитель энергии 8 соединен с электросетью через выключатель 13. Излучатель 2 /их может быть несколько, как показано на фиг. 2/ установлен с помощью болтов 5 на диэлектрическом кронштейне 6.

Устройство работает следующим образом. При включении выключателя 13 при помощи элементов 10 и 11 происходит заряд конденсатора 9. По команде блока управления 12 тиристор 7 открывается и происходит разряд конденсатора 9 на соленоид 3. Разряд тока, проходя по соленоиду 3, вызывает вблизи него импульсы электромагнитного поля. Импульсы электромагнитного поля вызывают в металлической конструкции, расположенной рядом с соленоидом 3, вторичный ток. Взаимодействие первичного и вторичного тока возбуждает импульсную силовую деформацию конструкции.

Устройство работает в импульсном режиме. Длительность импульса определяется временем существования и взаимодействия тока в обмотке индуктора и наведенного тока в стенках поверхности и может регулироваться временем разряда конденсатора. От длительности импульса зависит амплитуда импульса /мощность импульса/. Оптимальная длительность импульса, установленная опытным путем, равна 10^-5-10^-2.

С целью снижения средней потребляемой мощности желательно длительность паузы иметь возможно большей. Исходя из этого длительность паузы должна быть в 100-1000 раз больше длительности импульса. Меньшая длительность паузы энергетически невыгодна, т.к. происходит накопление энергии, расходуемой на последующий импульс.

Предложенный способ обеспечивает повышение интенсификации процесса во много раз за счет использования импульсного воздействия выстрела фонтанирующего потока. Испытания показали, что с помощью импульсно-волнового излучателя, воздействующего на массу весом 0,5 кг, скорость частиц достигала 25-30 м/сек, в то время как в прототипе скорость частиц достигала 0,5 м/сек.

Что касается экономии энергии, то в случае работы электромагнитного привода прототипа расход энергии E=2000 Дж, в то время как для турбулизации потока предложенным способом требуются затраты энергии E=200 Дж, т.е. меньше в 10 раз.

Изобретение относится к способу проведения физико-химических процессов в фонтанирующем слое и может быть использовано в химической, пищевой и медицинской промышленности. На слой обрабатываемого материала воздействуют импульсами механической энергии, при этом длительность импульса составляет 10^-5 - 10^-2 с, а отношение длительности паузы к длительности импульса равно 10-10³. 2 ил.

Способ проведения физико-химических процессов в фонтанирующем слое, при котором воздействуют на слой обрабатываемого материала импульсами механической энергии, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса и снижения энергозатрат, длительность импульса составляет 10^-5 10^-2с, а отношение длительности паузы к длительности импульса равно 10 10³.