КАМЕРА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕНА МЕЖДУ ДИСПЕРГИРОВАННЫМИ ЧАСТИЦАМИ И ГАЗООБРАЗНОЙ СРЕДОЙ Российский патент 2009 года по МПК F26B3/12 

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, выполненная 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 между диспергированными частицами и газообразной средой, содержащей корпус с крышкой, размещенный внутри корпуса концентрично ему сосуд с пористыми стенками, расположенные внутри сосуда форсунки и устройство для отбора отработавшего теплоносителя в виде вращающегося полого пористого цилиндра, снабженного приводом, внутри сосуда закреплены решетки, между которыми насыпан слой инертного носителя, 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 теплоносителем и диспергированными частицами, а форсунка выполнена акустической в виде корпуса с размещенным внутри генератором ультразвуковых колебаний в виде сопла и кольцевого объемного резонатора, причем корпус выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка для подвода распыливающего агента, перпендикулярно ее оси расположена трубка для подвода жидкости, при этом внутри корпуса, соосно ему жестко закреплена втулка с фланцами: верхним и нижним, причем нижний фланец жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе, а внутри втулки, соосно ей расположен кольцевой объемный резонатор, выполненный в виде чашки с конической поверхностью, при этом чашка запрессована на стержне диаметром d резонатора, а в его хвостовой части расположены фиксирующие диски, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки, причем в нижнем фланце расположено, по крайней мере, одно сопло под углом к оси резонатора, величина которого лежит в следующем интервале величин: 20°÷40°, при этом продолжение оси сопла лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности, а на внутренней поверхности втулки выполнены соосные коническое и цилиндрическое отверстия.

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 теплоносителя в сосуд 2. Корпус 1 и сосуд 2 выполнены цилиндрическими. Подвод и отвод теплоносителя осуществляется через патрубки 3 и 4. Распыление жидкости в объем сосуда 2 осуществляется при помощи пневматической акустической форсунки 5. В зависимости от производительности камеры в промышленных условиях распыление жидкости может осуществляться несколькими 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. Для удаления теплоносителя из объема сосуда 2 предусмотрен вращающийся полый пористый цилиндр 8 с перфорированной (пористой) 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 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 диспергированными частицами.

Акустическая форсунка (фиг.2) содержит корпус 21 с размещенным внутри генератором ультразвуковых колебаний в виде сопла 23 и кольцевого объемного резонатора 25. Корпус 21 выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка 27 для подвода распыливающего агента, например воздуха, а перпендикулярно ее оси расположена трубка 28 для подвода жидкости. Внутри корпуса 21, соосно ему жестко закреплена втулка 34 с фланцами: верхним 22 и нижним 26,причем нижний фланец 26 жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе 21. Внутри втулки 34, соосно ей расположен кольцевой объемный резонатор 25, выполненный в виде чашки 29 с конической поверхностью 31.

Чашка 29 запрессована на стержне 24 диаметром d резонатора, а в его хвостовой части расположены фиксирующие диски 32 и 33, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки 34. В нижнем фланце 26 расположено, по крайней мере, одно сопло 30 под углом к оси резонатора 25, величина которого лежит в следующем интервале величин: 20°÷40°, причем продолжение оси сопла 30 лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности 31. На внутренней поверхности втулки 34 выполнены соосные коническое 35 и цилиндрическое 36 отверстия.

Для оптимальной работы форсунки должны соблюдаться следующие соотношения ее параметров:

- отношение высоты h₁ кольцевого объемного резонатора 25 к расстоянию h между верхним основанием конической поверхности 31 и нижней торцевой поверхностью корпуса 21 лежит в оптимальном интервале величин: h₁/h=1÷3;

- отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 29 резонатора 25 к диаметру d₂ его внешней цилиндрической поверхности лежит в оптимальном интервале величин: d₁/d₂=0,7÷0,9;

- отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 29 резонатора 25 к диаметру d его стержня лежит в оптимальном интервале величин: d₁/d=1÷3;

- отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 29 резонатора 25 к высоте h₁ кольцевого объемного резонатора лежит в оптимальном интервале величин: d₁/h₁=1÷2.

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 форсунки 5. Оседание капель или частиц происходит на инертный носитель 20, при этом оседание их 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 трубке 27, где встречает на своем пути кольцевой объемный резонатор 25. В результате прохождения распыливающего агента через резонатор 25 возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора. Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию жидкости, подаваемой через трубку 28 в сопло 30, откуда она попадает на окружность, находящуюся в средней части конической поверхности резонатора 25, затем дробится под воздействием акустических колебаний воздуха на мелкие капли, в результате чего образуется факел диспергированных частиц, корневой угол которого определяется величиной угла наклона конической поверхности 31 резонатора 25. В результате сушки получают тонкие порошки продуктов с влажностью до 0,8%.

Изобретение относится к технике сушки, а именно к устройствам для осуществления тепломассообменных процессов, преимущественно сушки во взвешенном состоянии, и может использоваться в химической, пищевой и других смежных отраслях промышленности. В камере для проведения тепломассообмена между диспергированными частицами и газообразной средой, содержащей корпус с крышкой, размещенный внутри корпуса концентрично ему сосуд с пористыми стенками, расположенные внутри сосуда форсунки и устройство для отбора отработавшего теплоносителя в виде вращающегося полого пористого цилиндра, снабженного приводом, внутри сосуда закреплены решетки, между которыми насыпан слой инертного носителя, 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 теплоносителем и диспергированными частицами, а форсунка выполнена акустической в виде корпуса с размещенным внутри генератором ультразвуковых колебаний в виде сопла и кольцевого объемного резонатора, причем корпус выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка для подвода распыливающего агента, перпендикулярно ее оси расположена трубка для подвода жидкости, при этом внутри корпуса, соосно ему жестко закреплена втулка с фланцами: верхним и нижним, причем нижний фланец жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе, а внутри втулки, соосно ей расположен кольцевой объемный резонатор, выполненный в виде чашки с конической поверхностью, при этом чашка запрессована на стержне диаметром d резонатора, а в его хвостовой части расположены фиксирующие диски, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки, причем в нижнем фланце расположено, по крайней мере, одно сопло под углом к оси резонатора, величина которого лежит в следующем интервале величин: 20°÷40°, при этом продолжение оси сопла лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности, а на внутренней поверхности втулки выполнены соосные коническое и цилиндрическое отверстия. Технический результат - повышение эффективности процессов сушки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Камера для проведения тепломассообмена между диспергированными частицами и газообразной средой, содержащая корпус с крышкой, размещенный внутри корпуса концентрично ему сосуд с пористыми стенками, расположенные внутри сосуда форсунки и устройство для отбора отработавшего теплоносителя в виде вращающегося полого пористого цилиндра, снабженного приводом, отличающаяся тем, что внутри сосуда закреплены решетки, между которыми насыпан слой инертного носителя, 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 теплоносителем и диспергированными частицами, а форсунка выполнена акустической в виде корпуса с размещенным внутри генератором ультразвуковых колебаний в виде сопла и кольцевого объемного резонатора, причем корпус выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка для подвода распыливающего агента, перпендикулярно ее оси расположена трубка для подвода жидкости, при этом внутри корпуса соосно ему жестко закреплена втулка с фланцами - верхним и нижним, причем нижний фланец жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе, а внутри втулки соосно ей расположен кольцевой объемный резонатор, выполненный в виде чашки с конической поверхностью, при этом чашка запрессована на стержне диаметром d резонатора, а в его хвостовой части расположены фиксирующие диски, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки, причем в нижнем фланце расположено, по крайней мере, одно сопло под углом к оси резонатора, величина которого лежит в следующем интервале величин: 20°÷40°, при этом продолжение оси сопла лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности, а на внутренней поверхности втулки выполнены соосные коническое и цилиндрическое отверстия.2. Камера для проведения тепломассообмена по п.1, отличающаяся тем, что отношение высоты h₁ кольцевого объемного резонатора к расстоянию h между верхним основанием конической поверхности и нижней торцевой поверхностью корпуса лежит в оптимальном интервале величин: h₁/h=1÷3; отношение внутреннего диаметра d₁ чашки резонатора к диаметру d₂ его внешней цилиндрической поверхности лежит в оптимальном интервале величин: d₁/d₂=0,7÷0,9; отношение внутреннего диаметра d₁ чашки резонатора к диаметру d его стержня лежит в оптимальном интервале величин: d₁/d=1÷3; отношение внутреннего диаметра d₁ чашки резонатора к высоте h₁ кольцевого объемного резонатора лежит в оптимальном интервале величин: d₁/h₁=1÷2.