СПОСОБ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ РАСТВОРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК B01J19/18 B01F7/22 

Область техники.

Изобретение относится к химической промышленности и предназначено для приготовления и интенсивного охлаждения растворов с высоким удельным тепловыделением, и может быть использовано в лазерной технике, преимущественно в технологическом химическом йодно-кислородном лазере (ИКЛ).

Уровень техники. При создании способов для получения синглетного кислорода и устройств для их осуществления, работающих в течение длительного времени, например в технологическом йодно-кислородном лазере, возникает целый ряд проблем. Некоторые из них связаны с приготовлением высоко агрессивной рабочей жидкости - щелочного раствора перекиси водорода.

Тепло, выделяемое при растворении КОН в воде, составляет величину порядка 52 кДж/моль КОН. Поэтому система приготовления водного раствора КОН для технологического ИКЛ с выходной мощностью около 1 кВт должна поглощать десятки мега- джоулей тепловой энергии при времени непрерывной работы несколько десятков минут. При условии достаточно быстрого приготовления рабочего раствора (около 30 мин) мощность холодильника должна быть па уровне нескольких киловатт.

Концентрированные щелочные растворы перекиси водорода становятся неустойчивыми уже при температурах, выше комнатной. В них происходит самопроизвольный разогрев, связанный с выделением тепла при разложении перекиси водорода. В этом процессе выделяется энергия порядка 95 кДж/моль разложившейся перекиси водорода. При бурном разложении раствор вскипает, стимулируя процесс разложения. Поэтому смесь должна иметь отрицательную температуру при хранении и приготовлении.

Щелочной раствор перекиси водорода приготавливается в процессе смешения водных растворов КОН и перекиси водорода.

H₂O₂+KOH --> K⁺+O₂H^-+H₂O. (1)
Тепло, выделяемое при таком смешении, составляет величину порядка 50 кД/к/моль КОН. Поэтому для предотвращения разложения перекиси водорода в процессе смешения ее предварительно охлаждают.

В непрерывном режиме работы лазерной упаковки для уменьшения разложения перекиси водорода, а также для снижения давления паров воды на выходе генератора синглетного кислорода до уровня 1 Торр, необходимо поддерживать температуру жидкости в диапазоне -(10+20)^oС.

Охлажденный щелочной раствор перекиси водорода, протекая по конструктивным элементам, отбирает от них тепловую энергию и нагревается. К этой тепловой энергии добавляется энергия, выделяемая в результате экзотермической реакции газообразного хлора со щелочным раствором перекиси водорода:
Cl₂+2O₂H^--->O₂(¹Δ)+2Cl^-. (2)
Энерговыделение в данной реакции весьма значительно и составляет 155 кДж при объемной скорости потока хлора 1 моль/сек. Поэтому происходит разогрев щелочного раствора перекиси водорода и без дополнительного охлаждения его температура может достигать критических значений, при которых происходит спонтанное разложение перекиси водорода с бурным энерговыделением (тепловой взрыв).

Таким образом, в задаче разработки технологического ИКЛ возникает необходимость создания способа и устройства для приготовления и охлаждения растворов с высоким удельным тепловыделением, позволяющих в режиме реального времени поглощать десятки киловатт тепловой энергии (например: для лазерной мощности -10 кВт требуется отводить ~70 кВт тепловой мощности), стабилизируя температуру раствора на заданном уровне.

Известен способ приготовления растворов в условиях интенсивного перемешивания и теплообмена, заключающийся в том, что в резервуар подают компоненты раствора и перемешивают посредством мешалки. Одновременно в теплообменный стакан подают охлаждающую жидкость, благодаря которой на стенках стакана происходит охлаждение приготовляемого раствора [1]. Недостатком способа являются малые объемы получаемого раствора и низкая производительность.

Указанный способ приготовления растворов реализован с помощью аппарата, включающего вертикальный корпус, распылитель, мешалку, помещенную в турбулизирующей насадке, и теплообменный стакан, установленный по оси аппарата под мешалкой [1].

К недостаткам устройства следует отнести наличие узких каналов между теплообменным стаканом и корпусом, что делает невозможным использование устройства для приготовления растворов при температурах, близких к температуре замерзания.

Известен способ приготовления и охлаждения растворов в условиях интенсивного перемешивания и теплообмена, позволяющий приготовить большие количества раствора, включающий подачу компонентов раствора в резервуар, одновременное перемешивание и охлаждение [2]. В этом способе для интенсификации процессов приготавливаемую смесь путем прокачки разделяют на два потока, охлаждают каждый и вновь объединяют. При реализации этого способа возникает необходимость компенсации гидравлических сопротивлений, возникающих при разделении потоков и прокачке жидкости, что влечет за собой увеличение потребляемой мощности.

Указанный способ приготовления растворов реализован с помощью аппарата [2] , включающего вертикальный корпус с теплообменной рубашкой, циркуляционную трубу, вертикальные полые трубы со встроенными секционными трубчатыми теплообменниками и перемешивающее устройство. В таком теплообменнике увеличение производительности достигается за счет увеличения удельной поверхности теплообмена. Т.к. в этом устройстве жидкость также циркулирует по узким каналам, то ему присущи те же недостатки, что и предыдущему [1].

Известен способ для проведения экзотермических реакций, заключающийся в том, что осуществляют ввод компонентов раствора в реактор, циркуляцию жидкости по замкнутому контуру с одновременным отводом тепла, выделяющегося в результате химической реакции [3].

Устройство для реализации способа [3] содержит мешалку и теплообменник с кольцевой камерой, погруженный в реакционную массу внутри реактора. Кольцевая камера имеет каналы с поперечным сечением в виде круга для вертикального протока массы. При этом поток хладагента проходит через камеру между указанными каналами. Этому решению присущи те же недостатки, что решениям [1], [2] , хотя при реализации способа [3] возможно увеличение эффективности теплоотвода и тем самым производительности устройства.

Известен способ приготовления растворов с большим удельным тепловыделением [4], заключающийся в том, что в резервуар подают компоненты раствора, которые перемешивают в процессе циркуляции по замкнутому контуру с одновременным охлаждением смеси.

Указанный способ приготовления растворов реализован с помощью аппарата [4] , включающего вертикальный корпус с теплообменной рубашкой, диффузор с теплообменной камерой и перемешивающее устройство в виде винтовой мешалки. Недостатком способа для приготовления и охлаждения растворов и устройства, для его осуществления, является низкая эффективность теплообмена, а также невозможность применения данного технического решения для приготовления и охлаждения растворов с температурой, близкой к температуре замерзания, в частности щелочного раствора перекиси водорода, необходимого для получении компонентов рабочей среды йодно-кислородного лазера, т.к. реакция получения синглетного кислорода идет со значительным тепловыделением, которое влечет за собой повышение температуры щелочного раствора перекиси водорода. Для поддержания температуры в рабочем диапазоне теплообменник должен иметь большую поверхность теплообмена, что сильно увеличивает габариты устройства в целом.

Указанные способ для приготовления и охлаждения растворов и устройство для его осуществления как наиболее близкие по своей технической сущности к предлагаемому техническому решению, выбраны в качестве прототипа.

Сущность изобретения.

Техническая задача изобретения состоит в создании способа для непрерывного получения и охлаждения щелочного раствора перекиси водорода и устройства для его осуществления, позволяющего производить охлаждение рабочей жидкости до температуры, близкой к температуре замерзания раствора, в частности щелочного раствора перекиси водорода.

Технический результат в предлагаемых способе для приготовления и охлаждения растворов и устройство для его осуществления состоит в уменьшении расхода хладагента за счет повышения эффективности теплообмена, уменьшении эксплуатационных затрат, обеспечении возможности непрерывного охлаждения рабочей жидкости, необходимой для получения компонентов лазерной среды ИКЛ.

Это достигается тем, что в известном способе приготовления и охлаждения раствора, включающем подачу компонентов раствора в резервуар, перемешивание посредством его циркуляции по замкнутому контуру с одновременным охлаждением на стенках теплообменной камеры, охлаждение теплообменной камеры осуществляют путем подачи в ее верхнюю область криогенной жидкости и выводом потока образующегося газа из нее и резервуара, при этом криогенную жидкость подают с объемным перераспределением, обеспечивающим равномерное охлаждение внутренней области теплообменной камеры.

Во втором варианте способа приготовления и охлаждения растворов в качестве криогенной жидкости используют жидкий азот.

В третьем варианте способа приготовления и охлаждения растворов подачу жидкости осуществляют равномерно в нескольких точках, а вывод потока образующегося газа также осуществляют в нескольких точках, расположенных между точками ввода жидкости.

В известном устройстве для приготовления и охлаждения растворов, включающем вертикальный теплоизолированный корпус, диффузор с теплообменной камерой и перемешивающее устройство. Отличительным является то, что в полости теплообменной камеры, заполненной пористой теплопроводной средой, установлена система емкостей с равномерным увеличением объема по направлению движения жидкости, позволяющих создавать высокий температурный градиент на стенках теплообменной камеры и обеспечивать высокую удельную интенсивность теплообменных процессов, а перемешивающее устройство выполнено в виде винтовой и турбинной мешалок, установленных на одном валу, позволяющее обеспечивать интенсивный теплоотвод от стенок теплообменной камеры.

Во втором варианте выполнения устройства отличительным является то, что емкости выполнены в виде замкнутых желобов.

В третьем варианте выполнения устройства отличительным является то, что внутренняя полость теплообменной камеры заполнена пористой средой, выполненной из высокотеплопроводного материала.

В четвертом варианте выполнения устройства отличительным является то, что на наружной поверхности диффузора выполнены прямые или закрученные по потоку ребра.

В пятом варианте выполнения устройства отличительным является то, что углы установки лопастей мешалок противоположны друг другу.

Указанные отличия позволяют создать надежные непрерывно работающие способ и устройство для приготовления и охлаждения растворов с высоким удельным тепловыделением со значительно меньшими расходами хладагента и эксплуатационными затратами, чем у известных аналогов за счет повышения эффективности теплообмена.

В промышленности, науке и технике часто возникают задачи интенсивного охлаждения жидкостных растворов. Так, например, при разработке йодно-кислородного лазера при реакции хлора со щелочным раствором перекиси водорода выделяется тепловая энергия порядка 155 кДж на моль хлора. Для охлаждения рабочего раствора требуются мощные теплообменные аппараты, позволяющие отводить тепло на уровне десятков и сотен киловатт. При этом принципиальное значение имеют массогабаритные характеристики теплообмена. Неустойчивость щелочного раствора перекиси водорода не позволяет создавать теплообменные аппараты с большим паразитным объемом. Из этого и вытекает задача разработки пригодных для этой цели способов и устройств. Использование энергии испарения сконденсированных газов позволит в этом случае не только существенно уменьшить потребление электрической энергии, но и габариты теплообменника. Из них наиболее перспективным аккумулятором холода является жидкий азот в силу своей дешевизны и безопасности работы. При этом энергоемкость 1 кг жидкого азота составляет величину порядка 260 кДж, а 2/3 энергии запасено в теплоте парообразования (около 196 кДж).

Во всех приведенных выше способах для приготовления и охлаждения растворов и устройствах для его осуществления использование жидкого азота является невозможным, т. к. при указанных схемах подачи хладагента, он будет стекать в нижнюю область теплообменника, что приведет к переохлаждению придонной части, а следовательно, к намерзанию льда, разрыву контура циркуляции и резкому ухудшению теплообмена. Использование холодного газообразного азота неэффективно, т. к. в этом случае теряется 2/3 энергии, запасенной в жидком состоянии, вследствие низких коэффициентов теплоотдачи у газов возникнет необходимость увеличения теплопередающих поверхностей в несколько раз.

Для решения этих задач в предлагаемом способе жидкий азот подается в верхнюю часть теплообменной камеры и перераспределяется по ее объему. Для более равномерной подачи ввод жидкого азота в теплообменную камеру и вывод газа из нее осуществляется в нескольких точках.

В корпусе устройства размещается диффузор с теплообменной камерой, внутренняя полость которой заполнена пористой теплопроводной средой. Внутри этой среды установлена система замкнутых желобов, позволяющая равномерно перераспределять поступающий сверху жидкий азот по всему объему теплообменной камеры.

Жидкий азот, поступая в верхний желоб, растекается по нему и, испаряясь, охлаждает всю прилегающую область до температур, близких к температуре жидкого азота. После этого происходит наполнение верхнего желоба, и часть жидкого азота через края перетекает в нижестоящий желоб, заполняя его. т.е. происходит постепенное и равномерное охлаждение внутреннего объема теплообменной камеры.

Наличие пористой теплопроводной среды позволяет аккумулировать холод во всем объеме теплообменной камеры и интенсифицировать теплообменные процессы за счет большого температурного напора, турбулизации газового потока при фильтрации его в пористой среде, приводящей к росту коэффициента теплоотдачи и выравниванию поля температур, реализации различных режимов кипения жидкого азота в пористой среде.

При этом пористая среда выполняется из высокотеплопроводных материалов (медь, латунь), что обеспечивает быстрое выравнивание поля температур в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Для обеспечения интенсивного теплообмена охлаждаемого раствора с поверхностью диффузора с теплообменной камерой необходимо повышать скорость циркуляции жидкости, что обеспечивается перемешивающим устройством, выполненным в виде системы из винтовой и турбинной мешалок, установленных на одном валу. Винтовая мешалка установлена по оси диффузора и фактически служит насосом, турбинная мешалка установлена в кольцевом канале, образованном между корпусом аппарата и диффузора с теплообменной камерой и служит для увеличения общей скорости потока. Для компенсации гидравлических потерь, возникающих при движении охлаждаемого раствора, углы установки мешалок противоположны друг другу. При этом реализуется движение жидкости по замкнутому контуру в турбулентном режиме, что интенсифицирует процессы теплообмена и устраняет возможность появления застойных зон. Для увеличения теплопередающих поверхностей на наружной поверхности диффузора выполнены прямые или закрученные по потоку ребра.

На фиг.1 схематично представлено устройство для приготовления и охлаждения растворов. Цифрами обозначены следующие элементы: 1 - вертикальный цилиндрический корпус; 2 - тепловая изоляция; 3 - диффузор с теплообменной камерой; 4,5 - перемешивающее устройство (4 - винтовая мешалка; 5 - турбинная мешалка); 6 - электропривод; 7 - температурные датчики; 8 - патрубок подвода охлаждаемого раствора; 9 - патрубок отвода охлаждаемого раствора; 10 - патрубки подвода жидкого азота; 11 - патрубки отвода газообразного азота; 12 - система распределительных желобов; 13 - кольцевой канал; 14 - центральный канал; 15 - ребра; 16 - пористая среда; 17 -разделитель потока.

Фиг. 2. поясняет устройство макета экспериментальной установки с электрическим обогревом образца. 1 - теплообменная камера, 2 - пористая среда, 3 - система распределения жидкого азота, 4 - патрубок для подачи жидкого азота, 5 - патрубок для вывода газообразного азота.

Фиг. 3. поясняет устройство макета экспериментальной установки с циркуляцией жидкости вокруг теплопередающей поверхности. 1 - теплообменная камера, 2 - охлаждаемый раствор, 3 - перемешивающее устройство, 4 - теплоизолированный бак.

На фиг.4 представлена экспериментальная зависимость температуры выходящего из теплообменной камеры газообразного азота от времени (Макет с электрическим обогревом, расход; азота 6 г/с, время охлаждения 26 минут).

На фиг.5 представлено распределение температуры пористой среды в нескольких сечениях по высоте теплообменной камеры:
придонный слой;
средний слой;
верхний слой. Макет с циркуляцией жидкости, расход азота 7.6 г/с, время охлаждения 31 минута.

На фиг.6 представлена экспериментальная зависимость температуры выходящего из теплообменной камеры газообразного азота от времени (Макет с циркуляцией жидкости, расход азота 7.6 г/с, время охлаждения 31 минута).

Устройство для приготовления и охлаждения растворов содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с тепловой изоляцией 2, диффузор с теплообменной камерой 3, перемешивающее устройство 4,5 с электроприводом 6. Диффузор с теплообменной камерой 3 установлен соосно в корпусе 1, имеет прямые или закрученные по потоку ребра 15 и образует замкнутый контур циркуляции жидкости по центральному каналу 14 и кольцевому каналу 13. Внутренняя полость теплообменной камеры заполнена пористым теплопроводящим материалом 16 (например, медь, латунь). Внутри теплопроводящего материала находится система распределительных желобов 12, выполняющая роль накопителя и распределителя жидкого азота. Система подачи жидкого азота позволяет получать равномерное распределение поля температур в полости теплообменной камеры 3. В теплообменной камере 3 устанавливаются температурные датчики 7, позволяющие осуществлять контроль и регулировку подачи жидкого азота. Перемешивающее устройство представляет собой систему из винтовой 4 и турбинной 5 мешалок, установленных на одном валу. Винтовая мешалка 4 устанавливается в нижней части диффузора и обеспечивает подсос жидкости и ее следующее перемещение в осевом направлении по каналу 14, турбинная мешалка 5 устанавливается под диффузором и позволяет увеличить скорость общего потока в кольцевом канале 13. Углы установки лопастей винтовой мешалки 4 противоположны углам установки турбинной мешалки 5. Устройство для приготовления и охлаждения растворов снабжено патрубками подвода 8 и отвода 9 охлаждаемого раствора и патрубками подвода жидкого азота 10 и патрубками отвода газообразного азота 11. Для отделения части потока перед патрубком отвода охлаждаемого раствора 9 устанавливается разделитель потока 17.

Заявленные способ и устройство работают следующим образом. Через патрубок 8 в цилиндрический корпус 1 с теплоизоляцией 2 поступает охлаждаемый раствор и под действием насосного эффекта, создаваемого перемешивающим устройством 4,5, которое приводится в движение от электропривода 6, он начинает циркулировать в турбулентном режиме по замкнутому контуру (каналы 13, 14), нагревая оребренную 15 поверхность диффузора с теплообменной камерой 3. Через патрубки 10 внутрь теплообменной камеры подается жидкий азот, который сначала поступает на верхний желоб 12. При его испарении обеспечивается непосредственное охлаждение прилегающей области до низких температур. По мере охлаждения данной области в первом желобе начинает накапливаться жидкий азот, который потом перетекает на второй желоб. Таким образом, процесс продолжается до самого нижнего желоба 12, обеспечивая охлаждение теплообменной камеры 3 и пористого материала 16. Пары азота поднимаются вверх и выводятся из теплообменной камеры через патрубки 11. Работа аппарата контролируется и регулируется подачей жидкого азота, используя показания температурных датчиков 7. Часть охлажденного раствора отсекается разделителем потока 17 и выводится через патрубок 9.

Проведены оценочные расчеты и макетные эксперименты.

Оценочные расчеты проводились на персональном компьютере с использованием упрощенных моделей гидродинамики [5] и теплообмена[6,7].

В расчетах получены следующие результаты.

1. Предложенный способ охлаждения щелочного раствора перекиси водорода позволяет отводить большие удельные тепловые мощности при использовании в качестве хладагента жидкого азота.

2. Внутри диффузора с теплообменной камерой реализуется равномерное поле температур.

3. Благодаря устройству теплообменной камеры в теплообменнике реализуется высокий тепловой напор, величина которого зависит от расхода жидкого азота.

4. Использование высокотеплопроводного материала (медь, латунь) внутри теплообменной камеры позволяет быстро достигать стационарных условий и отводить требуемое количество тепла от охлаждаемой жидкости.

5. В стационарных условиях температура выходящего газообразного азота зависит от теплового баланса.

6. Гидродинамические и тепловые расчеты показывают возможность обеспечения высокой мощности теплообмена на теплопередающей поверхности.

Для проверки проведенных расчетов был разработан макет теплообменной камеры и устройства для охлаждения и приготовления раствора. Устройство было рассчитано на тепловую мощность 1.5-2 кВт, которая соответствует лазеру с выходной мощностью порядка 0,1 кВт. Для отвода данного количества теплоты с помощью жидкого азота необходимо обеспечить его расход около 6 г/с.

Нагрев теплообменной камеры осуществлялся двумя способами:
а) с помощью электрического нагревателя;
б) с помощью циркуляции жидкости.

В обоих случаях теплообменная камера была теплоизолирована от окружающей среды,
В ходе эксперимента проводились измерения температур пористой среды в нескольких сечениях теплообменной камеры, температуры стенок, выходящего газа, температуры охлаждаемого раствора. В качестве теплопроводящей пористой среды использовалась дробленая латунная стружка с характерным размером 1-3 мм.

Эксперименты с электрическим обогревом ((п. а), см. фиг.2).

На данном экспериментальном участке была проведена серия экспериментов с разными расходами хладагента и временем обогрева.

Например, в одном из экспериментов производился нагрев экспериментального макета электрическим током (Р_эл=2,9 кВт) с одновременным охлаждением его жидким азотом (расход G=6 г/с) в течение 26 минут, при этом потери тепла в окружающую среду составляли 24% от подводимой мощности. Подводимая мощность с учетом потерь составляла величину около 2,2 кВт.

Количество теплоты, поглощаемое азотом в единицу времени
Q_N2=(С_р•(Т₂-Т₁)+r)•G≈2 кВт,
где T₁= -196^oС; Т₂=-70^oС (определяется по экспериментальным данным, см. фиг.4);
С_р=1061 Дж/(кг•К); г=1,976•10⁵Дж/кг - теплота парообразования.

По экспериментальным данным охлаждение внутренней полости макета происходит за 3-5 минуты, на стационарный режим установка выходит через 10 минут после начала эксперимента. Полученные экспериментальные данные показали, что установка обладает инерционными характеристиками и для вывода на рабочий режим требуется время порядка 4 минут. Эксперименты с циркуляцией жидкости ((п. б), см. фиг.3).

В качестве охлаждаемой жидкости в макете использовалась вода или раствор этиленгликоля в воде (с соотношением весовых концентраций 57/43). В начальных экспериментах в качестве охлаждаемой жидкости использовалась вода, которая быстро охлаждалась до температуры ее замерзания, и на стенках цилиндра начиналось образование льда, что ограничивало время проведения эксперимента. Поэтому воду заменили водным раствором этиленгликоля.

Приведем экспериментальные результаты одного из опытов, в котором расход азота составлял G_N2=7.64 г/с, а время охлаждения 31 мин.

Из экспериментальных данных (фиг.5) видно, что внутри теплообменной камеры быстро устанавливается равномерное поле температур и изменение температуры выходящего газообразного азота (фиг.6) показывает, что время выхода установки на стационарный режим 8-10 минут.

Тепловой баланс в данном эксперименте выполняется с точностью до 5%, что лежит в пределах погрешности измерительных приборов.

Мощность данного макета можно увеличить за счет увеличения скорости движения жидкости и оребрения теплообменной камеры.

Таким образом, проведенные оценки и экспериментальные данные показывают несомненную осуществимость предлагаемого технического решения.

Использование изобретения позволит повысить эффективность охлаждения, уменьшить расход хладагента, стабилизировать температуру рабочей жидкости при непревывном режиме работы ИКЛ.

Предлагаемый способ для приготовления и охлаждения растворов и устройство для его осуществления благодаря низкому расходу хладагента, высокой эффективности и надежности найдут широкое применение в промышленности, в частности в технологических йодно-кислородных лазерах.

Источники информации
1. А.С. СССР 240671, опубл. 27.05.66 г. по кл. B 01 F "Реактор для осуществления химических процессов в условиях интенсивного перемешивания и теплообмена" Г.Д. Гандлевский, М.И. Кафыров, Е.Я. Яровенко, А.В. Легалин, К.Н. Бабинков, В.И. Голяков, М.Н, Клименко и М.Я. Марголин.

2. SU 1627241 А1, опубл. 15.02.91 г. по кл. B 01 J 19/18 "Реактор" В.И. Лосик, А.Г. Иванов, Г.С. Шестова, А.Э. Рауш и В.П. Фильченков.

3. WO 9611052 A1, опубл. 18.04.96 г., по кл. B 01 J 8/22, "Способ и реактор для проведения реакций в суспензии" Witt Harro, Zarnack Uwe Jens, Beckhaus Heiko.

4. Дытнерский Ю.И. "Процессы и аппараты химической технологии", "Химия", М., 1992, т.1, с. 160-161 - прототип.

5. Ф. Стренк "Перемешивание и аппараты с мешалками" "Химия", Л., 1975.

6. Г. Н. Данилова, С.Н. Богданов, О.И. Иванов и др. "Теплообменные аппараты холодильных установок", "Машиностроение", Л., 1973.

7. Харитонов В. В. , Плаксеев А.А., Федосеев В.Н., Воскобойников В.В. "Влияние перемешивания жидкости в канале с пористыми вставками", "Теплофизика высоких температур", т.25, 5, 1987.

Способ включает подачу компонентов раствора в резервуар, перемешивание его посредством циркуляции по замкнутому контуру с одновременным охлаждением на стенках теплообменной камеры, охлаждение теплообменной камеры осуществляют путем подачи в ее верхнюю область криогенной жидкости и выводом потока образующегося газа из нее и резервуара. Криогенную жидкость подают с объемным перераспределением. Устройство содержит вертикальный теплоизолированный корпус, диффузор с теплообменной камерой и перемешивающее устройство. В полости теплообменной камеры, заполненной пористой теплопроводной средой, установлена система емкостей с равномерным увеличением объема по направлению движения жидкости, а перемешивающее устройство выполнено в виде винтовой и турбинной мешалок, установленных на одном валу. Использование заявленной группы изобретений позволяет уменьшить расход хладагента за счет повышения эффективности теплообмена, уменьшить эксплуатационные затраты, обеспечить возможность непрерывного охлаждения рабочей жидкости. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ приготовления и охлаждения растворов, включающий подачу компонентов раствора в резервуар, перемешивание его посредством циркуляции по замкнутому контуру с одновременным охлаждением на стенках теплообменной камеры, отличающийся тем, что охлаждение теплообменной камеры осуществляют путем подачи в ее верхнюю область криогенной жидкости и выводом потока образующегося газа из нее и резервуара, при этом криогенную жидкость подают с объемным перераспределением, обеспечивающим равномерное охлаждение внутренней области теплообменной камеры. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве криогенной жидкости использован жидкий азот. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что подачу жидкости осуществляют равномерно в нескольких точках, а вывод потока образующегося газа осуществляют в нескольких точках, расположенных между точками ввода жидкости. 4. Устройство для приготовления и охлаждения раствора, содержащее вертикальный теплоизолированный корпус, диффузор с теплообменной камерой и перемешивающее устройство, отличающееся тем, что в полости теплообменной камеры, заполненной пористой теплопроводной средой, установлена система емкостей с равномерным увеличением объема по направлению движения жидкости, а перемешивающее устройство выполнено в виде винтовой и турбинной мешалок, установленных на одном валу. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что емкости выполнены в виде замкнутых желобов. 6. Устройство по п. 4 или 5, отличающееся тем, что пористая среда выполнена из высокотеплопроводного материала. 7. Устройство по одному из пп. 4-6, отличающееся тем, что на наружной поверхности диффузора выполнены прямые или закрученные по потоку ребра. 8. Устройство по одному из пп. 4-7, отличающееся тем, что углы установки лопастей мешалок противоположны друг другу.