АППАРАТ АКТИВАЦИИ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2001 года по МПК C02F1/48 C02F103/02 

Аппараты активации процессов могут использоваться в сельском хозяйстве, химической, нефтехимической, в металлургической промышленности, в городском хозяйстве и других областях.

Аппараты вихревого слоя (АВС), по принципу которых создан аппарат активации процессов (ААП), хорошо известны. Они оказались весьма эффективными при решении многих проблем, где требуется быстрое перемешивание, размол и активация реагирующих веществ.

Известен способ обработки материалов, включающий обработку их во вращающемся электромагнитном поле рабочими телами (иголками, шариками) (1).

Данный способ имеет следующие недостатки:
1. Трудности, возникающие при регулировании процесса.

2. Трудности поддержания оптимальной температуры в рабочей зоне аппарата.

3. Малое время пребывания вещества в рабочей зоне аппарата, что влияет на производительность и глубину протекания процессов.

Способ основан на использовании аппарата вихревого слоя. Аппарат представляет собой трубчатую реакционную камеру с охватывающим ее индуктором вращающегося электромагнитного поля (2).

Однако при его использовании был выявлен ряд недостатков, которые не позволяют полностью использовать энергетические и технологические возможности аппарата указанного типа.

1. Охлаждение индуктора дорогим трансформаторным маслом.

2. Трудности подведения масла к наиболее уязвимым от нагрева узлам.

3. Малое время пребывания вещества в рабочей зоне аппарата, что влияет на производительность и глубину протекания процессов.

4. Отсутствие регулировки подаваемой мощности.

5. Трудности поддержания оптимальной температуры в рабочей зоне аппарата.

Задачей изобретения является устранение отмеченных недостатков устройства для способа обработки материалов.

Аппарат активации процессов содержит трубчатую реакционную камеру с охватывающим ее индуктором вращающегося электромагнитного поля. Он также снабжен трехфазным тиристорным преобразователем, подвижной решеткой с толкателем, которая изменяет величину объема рабочей зоны аппарата, и полой трубкой с заваренным торцом. Внутри полой трубкой расположен нагреватель или охлаждающее устройство. Полая трубка имеет возможность возвратно-поступательного движения вдоль оси рабочего пространства.

Полая трубка, содержащая нагреватель или холодильник, расположена по оси рабочего пространства, имеет площадь поперечного сечения, равную 10-40% от площади поперечного сечения рабочей зоны аппарата, а также герметично закрытый торец, расположенный в рабочей зоне аппарата.

Подвижная решетка снабжена толкателем в виде полой трубки и термодатчиком, помещенным в торце толкателя у подвижной решетки и работающим в магнитном поле.

Отношение длины рабочей зоны с наведенным вращающимся электромагнитным полем к ее диаметру составляет 4-10.

Отношение площади поперечного сечения полой трубки к площади поперечного сечения рабочей зоны аппарата, равное 10-40%, было получено экспериментальным путем. При отношении менее 10% влияние нагревателя или холодильника на процесс утрачивается. При отношении площадей более 40% размеры трубки становятся столь большими, что повышается степень ее износа в процессе работы.

Отношение длины рабочей зоны с наведенным вращающимся электромагнитным полем к ее диаметру, равное 4-10, также было установлено в результате экспериментов. Именно при таком соотношении длины к диаметру были получены результаты с оптимальными показателями.

В аппарате активации процессов все процессы ускоряются во много раз (ускоряются химические реакции, усиливаются явления магнитострикции и кавитации, а также процессы смешивания, размола и т.п.).

Техническим результатом аппарата является то, что вещество в рабочей камере могут нагревать или охлаждать при помощи внутренней трубки с заваренным концом, внутри которой расположен нагреватель или охлаждающее устройство, и тем самым регулировать процесс. Трубка устанавливается по центру рабочей зоны аппарата с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Площадь сечения трубки составляет 10-40% от сечения рабочей зоны. Внутрь трубки встраивают нагреватель сопротивления, если требуется высокая температура, а в случае необходимости охлаждения подают охлаждающую жидкость или газ. Подвижная решетка с толкателем, которая изменяет величину объема рабочей зоны аппарата, также служит для регулировки процесса.

На фиг. 1 представлена общая схема аппарата; на фиг. 2 - разрез аппарата активации процессов.

Изменение мощности подаваемой на индуктор 1, охватывающий реакционную камеру 11, установленный в корпусе 2, производят при помощи трехфазного тиристорного преобразователя 33. При перемещении подвижной решетки 20, внутри сменной вставки 12, закрепленной в реакционной камере (рабочей зоне) 11, плотность рабочих тел (иголок) 30 в оставшемся объеме рабочей зоны уменьшается или увеличивается и соответственно изменяется глубина протекания процесса. Температура в рабочей зоне поддерживается при помощи термоэлемента, представляющего собой нагреватель (или охлаждающее устройство-холодильник), расположенный в трубке 27. Заданный уровень температуры может поддерживаться как по всей длине, так и в определенном участке рабочей зоны. Внутри трубки 27 из немагнитного материала могут устанавливаться или нагреватель, или подаваться охлаждающая жидкость. Шток (толкатель) 21, на котором укреплена подвижная решетка 20, и трубка 27 герметизируются.

Аппарат содержит индуктор 1, охватывающий реакционную камеру 11, запрессованный в корпус 2, помещенный в кожух 3 с фланцами 4, 5, которые служат для герметизации системы охлаждения с фланцами 6, 7. Подвод-отвод охлаждающей воды из внешнего коаксиального зазора 8 осуществляется при помощи патрубков 9, 10. Рабочая зона 11 со сменной вставкой 12 входным патрубком 13 герметизируется с обеих сторон фланцами 14, 15 с прокладками. Во второй контур охлаждения в виде зазора 16 между индуктором 1 и рабочей зоной 11 подвод и отвод воды производят через патрубки 17 и 18 соответственно. Для направления воды по спирали на рабочую зону 11 намотана спираль из проволоки 19. В сменной вставке 12 на выходе установлена подвижная решетка 20, укрепленная на полом штоке (толкателе) 21, свободный конец которого герметизируется фланцами 22 и 23 с прокладкой.

Обработанные материалы выходят через камеру 24 с патрубком 25. Входной торец рабочей зоны 11 закрывают подвижным внутренним фланцем 26, который одновременно герметизирует трубку 27, с нагревателем (или холодильником) материала в рабочей зоне. Трубка 27 имеет герметично закрытый торец, расположенный в рабочей зоне аппарата. Рабочий блок аппарата устанавливают на стоках 28 с поворотным устройством 29. Рабочие тела (иголки) 30 являются ферромагнитными элементами и находятся внутри сменной вставки 12. Температуру в рабочей зоне измеряют непрерывно термодатчиком 31, установленным в полом штоке (толкателе) 21 с выводами 32 наружу.

Способ обработки материалов заключается в следующем. Обработку материалов ведут во вращающемся электромагнитном поле рабочими телами (иголками) 30. Скорость физико-химических процессов поддерживают и контролируют в течение всего процесса, не изменяя объема подаваемых (обрабатываемых) материалов. Процесс регулируют введением необходимого количества и в определенное время добавок, наличием подвижной решетки и влиянием температуры (нагревателя или холодильника) в зависимости от назначения процесса. Заданную производительность поддерживают подачей необходимого количества электроэнергии. Глубину протекания процессов определяют изменением объема рабочей зоны 11, заполненной рабочими телами 30 при помощи подвижной решетки 20 (увеличивая объем рабочей зоны уменьшают степень активации процессов), что в свою очередь определяет величину критического коэффициента заполнения объема рабочими телами 30. Движение ферромагнитных частиц в вихревом слое возможно только до определенной степени заполнения рабочей зоны этими частицами, при котором все частицы одновременно прекращают движение, образуя ряд параллельно расположенных дисков. Критический коэффициент является критерием оценки условий прекращения движения ферромагнитных частиц. Температурный режим создают и поддерживают введением в рабочую зону нагревателя (или охлаждающего устройства-холодильника), расположенного в трубке 27, воздействующего на часть или весь объем рабочей зоны. Температурный режим непрерывно контролируется термодатчиком 31, который сблокирован с управляющей системой.

Аппарат работает следующим образом. В сменную вставку 12 через снятый подвижный фланец 26 загружают рабочие тела (иголки) 30 в количестве, соответствующем заданию, подвижную решетку 20 отводят от торца сменной вставки 12. Устанавливают и герметизируют трубку 27 с нагревателем (холодильником) фланцем 26. В патрубки 9 и 17 подают воду для охлаждения, подсоединяют патрубки 13 и 25 к трубопроводам технологической линии. Включают подачу электроэнергии заданной мощности через блок регулирования и подают через патрубок 13 обрабатываемый материал, включают нагреватель (холодильник) внутри трубки 27 для нагрева (охлаждения) обрабатываемого материала до заданной температуры. Производят регулировку подачи мощности при установленной производительности при помощи трехфазного тиристорного преобразователя 33. Глубину протекания процессов регулируют путем изменения рабочей зоны смещением подвижной решетки 20 по оси сменной вставки 12, уточняют температурный уровень обрабатываемого материала. После обработки материал выводят через патрубок 25.

Источники информации
1. Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П. Интенсификация технологических процессов в аппаратах вихревого слоя. Изд. "Техника", 1976, стр. 101-103.

2. Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П. Интенсификация технологических процессов в аппаратах вихревого слоя. Изд. "Техника", 1976, стр.66.

Аппарат может использоваться в сельском хозяйстве, химической, нефтехимической, металлургической отраслях промышленности, в городском хозяйстве и других областях. Аппарат содержит трубчатую реакционную камеру с охватывающим ее индуктором вращающегося электромагнитного поля. Он снабжен трехфазным тиристорным преобразователем, подвижной решеткой с толкателем, которая изменяет величину объема рабочей зоны аппарата, и полой трубкой с заваренным торцом. Внутри полой трубки расположен нагреватель или охлаждающее устройство. Полая трубка имеет возможность возвратно-поступательного движения вдоль оси рабочего пространства, расположена по оси рабочего пространства, имеет площадь поперечного сечения, равную 10 - 40% от площади поперечного сечения рабочей зоны аппарата, а также герметично закрытый торец, расположенный в рабочей зоне аппарата. Подвижная решетка снабжена толкателем в виде полой трубки и термодатчиком, помещенным в торце толкателя у подвижной решетки и работающим в магнитном поле. Отношение длины рабочей зоны с наведенным вращающимся электромагнитным полем к ее диаметру составляет 4 - 10. Изобретение позволяет более полно использовать энергетические и технологические возможности аппарата активации процессов. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Аппарат активации процессов для обработки материалов, содержащий трубчатую реакционную камеру с охватывающим ее индуктором вращающегося электромагнитного поля, отличающийся тем, что аппарат снабжен сменной вставкой, трехфазным тиристорным преобразователем, подвижной решеткой с толкателем, изменяющей величину объема рабочей зоны, и полой трубкой с заваренным торцом, имеющей внутри нагреватель или охлаждающее устройство и возможность возвратно-поступательного движения вдоль оси рабочего пространства. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что трубка, содержащая нагреватель или холодильник, расположена по оси рабочей зоны, имеет площадь поперечного сечения, равную 10-40% от площади поперечного сечения сменной вставки аппарата, и герметично закрытый торец, расположенный в рабочей зоне аппарата. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что подвижная решетка снабжена толкателем в виде полой трубки и термодатчиком, помещенным в торце толкателя у подвижной решетки и работающим в магнитном поле. 4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что отношение длины рабочего пространства с наведенным вращающимся электромагнитным полем к его диаметру составляет 4-10.