Тепломассообменный аппарат Советский патент 1988 года по МПК B01J19/00 

Изобретение относится к области химической промьшшенности и смежным отраслям и может быть использовано при аппаратурном оформлении тепломассообменных процессов с участием гранулированных частиц, например для получения ядерного гранулированного топлива. Известен массобменный аппарат, включающий вращающийся корпус, внутри которого размещена винтовая перегородка, приспособления для ввода и вывода жидкости и гра нулированного материала. Недостатком описанного устройства является низкий коэффициент заполнения гранулированным материалом и, следовательно, низкий выход продукта на единицу его рабочего объема. Это обусловлено тем, что коэффици ент заполнения корпуса устройства не превьшает 10-15%, а для материала с высокой сьтучестью 5-10%. Низкая удельная производительность, а следо вательно, большие размеры и металлоемкость устройства, ограничивает его применение для аппаратурного оформле ния тепломассообменных процессов, особенно в технологии получения ядер ного топлива, где размеры рабочих ка мер аппаратов ограничены требованиями ядерной безопасности. Известен теплообменный аппарат, включающий наклонно установленный с возможностью качания корпус прямоугольного сечения, внутри которого под углом друг к другу установлены перегородки, образующие зигзагообраз ный канал, патрубки ввода и вывода фаз. В известном устройстве происходит перемещение гранул малой механическо прочности вдоль наклонного корпуса сверху вниз. Взаимное размещение перегородок в корпусе не обеспечивает подъема гранулированного материала и отделения его от жидкости. Целью изобретения является повьше ние эффективности процесса за счет улучшения условий отделения гранулированного материала от яоздкости. Эта цель достигается тем, что в тепломассообменном аппарате, включаю щем наклонно установленный корпус прямоугольного сечения, внутри которого под углом друг к другу установлены перегородки, образующие зигзаго образный канал, патрубки для ввода и вьшода фаз, согласно изобретению, патрубок ввода гранулированного материала в нижней части корпуса, а угол между смежными перегородками составляет от 130 до 150. На фиг.1 показан аппарат, план; на фиг.2 - то же, продольный разрез; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.I в момеит поворота корпуса. Аппарат включает корпус 1 с перегородками 2 и 3 и патрубки ввода жидких и (или) газообразных реагентов (на чертеже не показаны). Перегородки 2 и 3 образуют внутри корпуса зигзагообразный канал, а каждая смежная их пара образует угол, направленный вершиной в сторону узла загрузки гранул. Корпус установлен на раме и соединен с механизмом привода и сообщен с патрубками ввода 4 и вывода 5 материала. Соседние перегородки вместе со стенками корпуса, обра-, зуют клинообразные ячейки зигзагообразного канала, которые сообщаются между собой через сужение. Ширина сужения ячейки составляет от 0,1 до 0,25 максимальной ширины канала. Работа устройства поясняется схемой движения гранул в продольной и поперечной плоскости сечения корпуса, приведенной на фиг.2. При повороте корпуса на угол о( слой частиц перемещается в поперечной плоскости в его нижнюю часть. Затем, при повороте корпуса на 180 (в случае вращения в одном направлении) или при повороте пробив часовой стрелки (в случае колебальных движений корпуса) слой частиц переместится в противоположную ячейку. При этом продольное перемещение гранул в зигзагообразном канале формируется с помощью направляющих перегородок 2 и 3. На фиг.2 вьщелены двойной штриховкой две клинообразные ячейки канала Б и Г. При каждом , повороте плоского корпуса на угол слой частиц перегружается через узкую часть верхнего ряда клинообразных ячеек канала в следующие за ними по длине корпуса нижние ячейки. При этом материал.из ячеек- Б и Г переместится в ячейки В и Д. При последующих наклонах корпуса материал движется в зигзагообразном канале корпуса вдоль его продольной оси. Стенки корпуса могут быть выдолнены в виде плоских или слегка изогнутых, попарно эквидистантных поверхностей. Наиболее целесообразное отношение высоты поперечного сечения корпуса к его ширине составляет от 0,1 , до 0,4.

Угол между смежными перегородками, формирующими зигзагообразный Канал, составляет от 130 до 150. При этом обеспечивается устойчивое перемещение частиц с небольшой сыпучестьюю тов

(например гелевых частиц), и частиц с высокой сьшучестью (спеченного, микросферического ядерного топлива), как в жидкой, так и в газовых фазах. При угле в пределах от 130 до 150 проводить перемещение частиц в тегшомассообменных процессах, как при горизонтальном, так и при наклонном расположении продольной оси корпуса. Угол наклона оси, который дает возможность проводить отделение гранул от жидкости в массообменных процессах с участием жидкой фазы, составляет 8-12°.

При проведении тепломассообменных процессов с участие сьтучих гранул в газовой фазе возможны диапазон из менения угла /J расширяется и состав-. ляет от 90 до 180 .: Дпя уменьшения нежелательньЬс пере- зо

мещений гранул в обратном направле-г НИИ, а также для улучшения перемещения их слоя длина перегородок в корпусе такова, что каждая из них перекрывает от 0,6 до 0,85 площади его поперечного сечения, а ширина суже- НИИ зигзагообразного канала составляет от 0,1 до 0,25 ширины канала у бог новых продольных стенок. Такое взаимное расположение перегородок обеспечит также снижение продольного перемещения жидкой фазы при проведении массообменных процессов (например при отмьшке гелевых гранул водным раствором) .

Угол 0 поворота корпуса вокруг продольной оси, необходимый для устойчивого скольжения внутри аппарата слоя частиц, зависит от их сыпучести и составляет 10-15 для гладких сферических частиц, 30-40° - для гелевых гранул, находящихся в водном растворе.

Для снижения угла поворота корпуса или в случае необходимости повышения эффективности перемешивания частиц в. слое на корпус могут быть наложены дополнительные вибрационные колебания

в плоскости перпендикулярной продольной оси аппарата.

Коэффициент заполнения гранулами корпуса тепломассообменного аппарата предлагаемой конструкции при фиксированной производительности может регулироваться в довольно широких пределах путем изменения скорости поворовеличина коэффициента заполнения для сьшучих продуктов с различными характеристиками составляет от 0,2 до 0,5. В тепломассообменном аппарате

предлагаемой конструкции могут быть использованы известные узлы загрузки и выгрузки гранул, подвода и отвода жидкой или газовой фазы, нагрева или охлаждения.

В качестве механического привода для приведения в движение корпуса может быть использована любая известная механическая система, обеспечивающая медленное качание или вращение корпуса вокруг его продольной оси.

Проведенные испытания предлагаемог го устройства с использованием частиц с различными характеристиками в жидкой и газовой фазах показали высокую

рукции и надежность перемещения нул с низкой механической прочностью и любым гранулометрическим составом в тепломассообменных процессах.

Предлагаемое устройство для перемещения гранулированных частиц в тепломассообменных аппаратах сохраняет достоинства, которыми отличается вращающийся барабан с винтовой перегородкой. В предложенном аппарате достигается возможность устойчивого перемещения ча,стиц малой механической прочности и различного гранулометрического состава без истирания и иска5 жения формы, регулирование времени пребывания частиц в аппарате, а также перемещение материала горизонтально или с некоторым подъемом вверх с отделением жидкой фазы.

Дополнительное преимущество предг : лагаемого устройства состоит в возможности создания на его основе аппаратов большой единичной мощности при сохранении ядернобезопасной геомет5 рии, что имеет большое значение в . случае производства топлива из вто-:; :ричного высокофонового ядерного горючего. или .вращения корпуса. Оптимальная универсальность предложенной констФ г.5

тЕПломАССооБМЕнныйАППАРАТ, включающий наклонно установленный с возможностью качания корпус прямо- N г 2 3 V угольного сечения, внутри которого под углом друг к другу установлены перегородки, образуницие зигзагообразный канал, патрубки для ввода и вывода фаз, отличающийся тем, что, с целью повьшения зффективности процесса за счет улучшения условий отделения гранулированного материала от жидкости, патрубок для ввода rpat нулированного материала размещей в нижней части корпуса, а угол между смежными перегородками составляет ..рт 130 до 150°. ь Ф14г.1 2.