СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Российский патент 2011 года по МПК G05D27/00 

Изобретение относится к способам и устройствам для интенсификации физико-химических процессов, а точнее - для их активации при снижении энергозатрат и повышении производительности. Оно может быть наиболее широко использовано для процессов перегонки нефти, сжигания топлива, обжига материалов, их транспортировки и сепарации.

В промышленности для интенсификации процессов транспортировки газа, жидкостей и для активации процесса горения топлива используются магнитные или электромагнитные устройства, повышающие КПД этих процессов на 2-4%. Для улучшения качества разделения порошковых материалов по свойствам используются способы их электростатической обработки.

Однако в настоящее время нет сведений об использовании электроинтенсификации высокомощных физических процессов слабыми токами мощностью до 100 Вт.

Известен способ физико-химической интенсификации процессов переработки материалов (Фридрихсберг Д.А. «Курс коллоидной химии», Л. Химия, 1984 г.), включающий дозированную подачу поверхностно-активных компонентов в материалы, подвергающиеся перемешиванию, сжиганию, измельчению и т.д. Способ имеет узкую направленность, низкую эффективность и требует значительных эксплуатационных затрат из-за высокой стоимости поверхностно-активных веществ.

Известен также способ интенсификации электрокристаллизации металлов (Барабошкин А.Н. «Электрокристаллизация металлов из расплавленных солей», М. 1976 г.), включающий приложение к погруженному в расплав солей электроду высокого напряжения. Уровень напряжения устанавливается в соответствии с физическими характеристиками извлекаемого металла. Высокое напряжение приводит к быстрой эрозии электрода и характерно большим объемом энергозатрат.

Задача настоящего изобретения - снизить энергозатраты на интенсификацию физических процессов.

Другой задачей изобретения является унификация упомянутого процесса интенсификации.

Еще одной задачей изобретения является повышение производительности физических процессов.

Все поставленные задачи решаются в способе, включающем подачу переменного электрического потенциала к объекту рабочего физического процесса и регулировку параметров потенциала, в котором в соответствии с настоящим изобретением регулировка параметров включает последовательные трехкратные изменения напряжения, частоты тока и интервалов прерывания тока, а также фиксацию величины потребления энергии упомянутым объектом или его производительности при каждом изменении параметров тока, затем сочетания параметров, соответствующие лучшим требуемым характеристикам работы объекта, фиксируются для рабочего использования.

В соответствии с отличительными признаками изобретения источник переменного тока питает электрическую схему, которая формирует опорный сигнал, модулируемый по напряжению, частоте и интервалу между разрядами. Этот сигнал подается через коммутатор на корпус объекта. Обратный сигнал коммутатор получает от регистратора расхода энергии (электричество, топливо), которой снабжается объект.

После этого по команде коммутатора регуляторы напряжения, частоты и интервала тока последовательно по три или более раз (всего 9 и более раз) меняют свои установки. Коммутатор по минимуму расхода энергии, получаемой от регистратора, определяет оптимальные параметры опорного сигнала, которые фиксируются для рабочего физического процесса объекта.

Реализация способа иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

К корпусу вращающейся печи для обжига цементного клинкера, потребляющей 3600 м³ горючего газа в час (или 1 м³ в секунду), подается опорный электрический потенциал со следующими параметрами:

напряжение 10 В, частота 5 Гц, интервал разрыва тока 0,1 сек. Коммутатор фиксирует ответный сигнал от регистратора расхода газа в печи 0,98 м³/с. Далее еще дважды меняют напряжение на 20 и 40 В, получая ответный сигнал 0,92 и 0,93 м³/с. После этого дважды меняют частоту тока на 10 и 20 Гц, при которых расход газа составляет 0,90 и 0,91 м³/c. Двойное изменение интервала по 0,2 и 0,4 сек позволяет снизить расход соответственно до 0,85 и 0,86 м³/с. Компьютер коммутатора исходя из этих показателей выбирает оптимальный режим со следующими параметрами опорного сигнала: 18 В, 10 Гц и интервал разрыва тока 0,2 сек.

В этом случае экономия газа составляет 15%. На практике удавалось снизить расход газа на 22%. При этом мощность опорного сигнала не превышала 100 Вт.

Пример 2.

Установка для перегонки нефти. Расход мазута 10 т/ч. На металлическую опору установки подавался опорный потенциал мощностью 200 Вт при напряжении 20 В, частоте 10 Гц и интервале разрыва тока 0,1 сек. Далее фиксировался расход мазута на этих параметрах, который составил 9 т/ч. Затем параметры тока дважды по каждому параметру удваивались по аналогии с примером 1. Ответный сигнал регистратора расхода мазута показал лучший результат 7,8 т/ч при 42 В, 30 Гц и интервале разрыва тока 0,15 сек. Эти параметры коммутатор зафиксировал для рабочего режима.

Пример 3.

К корпусу грохота для ситовой классификации сыпучих материалов подавался опорный сигнал мощностью 50 Вт при 8 В, 4 Гц и интервале разрыва тока 0,1 сек. До подачи опорного сигнала грохот потреблял 52 кВт, при этом эффективность грохочения составила 70%. После двукратного изменения каждого параметра 16 В; 32 В; 8 Гц и 16 Гц, а также интервала 0,2 и 0,4 сек коммутатор зафиксировал снижение энергопотребления грохотом до 41 кВт и повышение эффективности грохочения до 85% при 12 В, 14 Гц и интервале 0,2 сек.

Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа обеспечивают выполнение всех поставленных задач.

Для реализации способа используется устройство, также претендующее на изобретение.

Известно устройство для интенсификации процесса сжигания топлива (PCT/US95/02691), содержащее электроискровой воспламеняющий топливо элемент и средство для впрыска топлива в сочетании с дозатором каталитических добавок. Интенсификация сжигания топлива из-за необходимости каталитических добавок является дорогостоящей.

Известно принимаемое за прототип устройство для разрушения эластичных материалов (FR 2742077, публ. 13.06.97 г.), содержащее источник питания, трансформатор, генератор высокого напряжения и электрод. За счет серии импульсов высокой мощности тело из эластичного материала, погруженное в жидкий азот, подвергается хрупкому разрушению. Однако каждый импульс требует высокой энергии от 200 до 900 кДж, а молекулярная структура эластомера в зоне разрушения получает надмолекулярное повреждение, что ухудшает качество продукта.

Задача настоящего изобретения соответствует задачам способа.

Способ реализуется в устройстве, содержащем источник переменного тока, трансформатор, прерыватель тока и электрод, в котором в соответствии с настоящим изобретением он снабжен преобразователем частоты тока и коммуникатором, при этом прерыватель снабжен регулятором интервалов между импульсами, а коммутатор соединен с трансформатором, прерывателем, преобразователем частоты и фиксатором расхода энергии объекта рабочего физико-химического процесса.

На чертеже показана принципиальная схема заявляемого устройства, которое содержит источник переменного тока 1, имеющий последовательное соединение с трансформатором 2, прерывателем тока 3, преобразователем частоты 4 и коммутатором 5, который имеет прямую и обратную связь с узлами 2, 3 и 4, а также с фиксатором расхода энергии 6 объекта рабочего процесса 7. Устройство снабжено заземлением 8.

Устройство работает следующим образом.

При его включении ток через все узлы схемы поступает на рабочий объект 7. Коммутатор 5 фиксирует исходные значения характеристик тока:

напряжение (например, 10 В), частоту (например, 15 Гц), интервал прерывателя (например, 0,2 сек). Коммутатор 5 также регистрирует в виде обратного сигнала от фиксатора 6 уровень расхода энергии объекта 7 в условиях его настройки на оптимальный процесс без применения заявляемого устройства. Затем исходный (опорный) сигнал устройства по команде коммутатора 5 изменяется по следующим характеристикам, например: напряжение 20 В, частота 30 Гц, интервал 0,1 сек. Ответный сигнал от фиксатора потребляемой энергии 6 объекта 7 регистрируется коммутатором 5. Последнее изменение опорного и ответного сигналов также регистрируется коммутатором 5, который выбирает параметры наилучшего или промежуточного варианта опорного сигнала, который соответствует наименьшей величине потребляемой объектом 7 энергии.

Применение устройства с заявляемыми отличительными признаками позволило обеспечить выполнение поставленной задачи. В частности, устройство мощностью от 100 до 200 Вт позволило снизить потребление энергии при обжиге клинкера на 22%, при крекинге нефти - на 18%, при сепарации сыпучих материалов - на 30%.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для интенсификации физико-химических процессов. Технический результат - снижение энергозатрат и повышение производительности. Для достижения данного результата регулировка параметров рабочего потенциала включает последовательные трехкратные изменения напряжения, частоты тока и интервалов прерывания тока. При этом фиксируют величины потребления энергии объектом или его производительности при каждом изменении параметров тока. Затем осуществляют оптимизацию параметров тока. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ интенсификации физико-химических процессов, включающий подачу переменного электрического потенциала к объекту рабочего физического процесса и регулировку параметров потенциала, отличающийся тем, что регулировка параметров включает последовательные трехкратные изменения напряжения, частоты тока и интервалов прерывания тока, а также фиксацию величины потребления энергии упомянутым объектом или его производительности при каждом изменении параметров тока, затем сочетания параметров, соответствующих лучшим требуемым характеристикам работы объекта, фиксируются для рабочего использования.

2. Устройство для осуществления способа, содержащее источник переменного тока, трансформатор, прерыватель тока и электрод, отличающееся тем, что оно снабжено преобразователем частоты тока и коммутатором, при этом прерыватель снабжен регулятором интервалов между импульсами, а коммутатор соединен с трансформатором, прерывателем, преобразователем частоты и фиксатором расхода энергии объектом рабочего физического процесса или его производительности.