Аппарат выпарки и сушки кубовых остатков Советский патент 1990 года по МПК B01D1/00 

Изобретение относится к средствам выпарки и сушки, используемым, например, для регенерации растворителей и подготовки к утилизации загрязнений регенерируемых растворителей в химической, радиоэлектронной и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является интенсификация процесса выпаривания и сушки.

На чертеже дана конструкция аппарата выпарки и сушки кубовых остатков.

Аппарат содержит металлический корпус 1. Внутренняя поверхность стенки корпуса выполнена оребренной, причем ребра 2 выполняют двойную функцию - увеличивают поверхность конденсации и защищают от нагрева полем сверхвысокой частоты (СВЧ). Внутри корпуса размещен сосуд 3, выполненный из диэлектрического материала (например, трансформаторной бумаги). Сосуд 3 может поддерживаться более жесткой стенкой 4, выполненной также из диэлектрического материала, например фторопласта или стеклотекстолита. Сосуд 3 стоит на перфорированной подставке 5 из металла и отделен от оребренной стенки аппарата тонким металлическим экраном 6 со щелями. Экран 6 укреплен на подставке 5. Внутрь экрана 6 через стенку корпуса 1 введен выход волноводного тракта излучателя 7 СВЧ энергии с длиной волны X в свободном пространстве. Сверху аппарат закрыт металлической крышкой 8, а снизу - днищем 9 со сливным патрубком. Корпус снабжен охлаждаемой рубашкой 10 Размеры ширины ребер 2, их расстояние друг от друга, ширина щелей экрана 6, расстояние ближайших щелей друг от друга и расстояние от экрана до ребер увязаны с длисл

v|

00

о го

ной волны А, СВЧ излучателя следующими соотношениями: ширина ребер 2 не менее 1/ /4А,, расстояние между ближайшими ребрами не более 1/4А,, расстояние от внутреннего края ребер до экрана 6 не более 1/2А; ширина щелей в экране б не более 0,1 А.

Кроме того, направления ребер и щелей ориентированы взаимно перпендикулярно и согласованы с типом СВЧ-колебаний, возбуж- даемых излучателем в экране 6 следующим образом: щели в экране 6 ориентированы вдоль линий тока СВЧ, возбуждаемого излучателем в экране 6.

Аппарат работает следующим образом.

Заполняют упариваемым раствором сосуд 3 и включают СВЧ-излучатель и охлаждение стенок. Излучатель формирует внутри экрана 6 стоячую волну СВЧ-поля. Поле СВЧ, поглощаясь в растворе, нагревает его, раствор кипит и испаряется. Пары раст- ворителя через щели в экране 6 проходят к охлаждаемой стенке корпуса 1 аппарата. Здесь пары конденсируются и стекают вниз через перфорацию в подставке 5 к сливному патрубку днища 9. Благодаря указанным соотношениям длины волны Я, с разме- рами ребер и щелей и взаимная ориентация их с направлением токов СВЧ в экране 6 энергия электромагнитного поля не распространяется за пределы экрана б и нагревает конденсат на стенках корпуса аппарата.

По мере упаривания уровень раствора в сосуде 3 поддерживают доливанием (патрубок подачи раствора не показан). Выпаривание продолжают до тех пор, пока кубовый остаток не достигнет вязкости густой сметаны или большей. После этого по- дачу раствора прекращают и дальнейшим нагреванием сушат кубовый остаток до твердого состояния. После этого выключают нагрев, через крышку 8 сосуда извлекают сосуд 3 с твердым остатком и вместе с сосудом (пакет из трансформаторной бумаги) вывозят на сжигание или другую утилизацию.

Поясним выбор размеров и ориентации щелей в экране 6 и ребер 2.

Известно, что при расположении узких шириной не более 0,1 К щелей в резонаторе (или волноводе) СВЧ вдоль линий тока в его стенках энергия поля не излучается из этого резонатора. Это обстоятельство и использовано в конструкции аппара- гн Однако этот эффек выполняется гем лучше, чем ближе ра .. пиваемый резонатор к идеальному. - ому, з мотором картина поля но ,..псгстп е-г расчетной. В применяемом резон пере, из-за его явной нерегулярности вдоль оси и изменения его свойства со временем (по мере накопления твердых остатков в сосуде 3 диэлектрическая проницаемость нагрузки резонатора изменяется), часть энергии может уходить

за пределы экрана 6. При этом поляризация уходящего поля обязательно перпендикулярна оси щели. Это обстоятельство использовано в конструкции аппарата для предотвращения утечек из щелей. Перпендикулярно щелям на расстоянии от них, не превышающем 0,5 А (на этом расстоянии поляризация не может сильно измениться и наоборот при увеличении этого расстояния поляризация уходящего поля может значительно измениться), расположены металлические пластины, т. е. ребра 2. При таком расположении пластины являются отражающими для поля в щелях. Расстояние между пластинами не должно превышать 1/4 А. В противном случае, т. е. при расстоянии между пластинами более 1/4 А, такая конструкция может быть возбуждена полем щели и между пластинами возможно распространение поля как по волноводу. Предотвращению этого обстоятельства служит размер ширины пластин, т. е. ребер 2. При глубине ребер 2, превышающей 1/4 А, поле, даже если оно будет возбуждаться между ребрами полем щели, не сможет распространиться далее 1/4 А,, так как волновод такой ширины и при таком возбуждении является закритическим, т. е. распространение волны по нему не возможно. Таким образом, ориентация щелей ребер с указанными размерами является препятствием для электромагнитного поля и в то же время они пропускают пар из зоны испарения к охлаждаемой стенке.

В приведенном примере конструкции аппарата излучатель 7 формирует радиальный тип колебаний поля внутри цилиндрического экрана 6, при этом линии электрического тока в его стенках направлены вдоль образующей поверхности цилиндра. В данном случае применены щели в экране, расположенные так, как показано на чертеже.

Однако возбуждение поля возможно и другими путями. Например, если возбуждающую петлю излучателя оставить на этом же месте, но повернуть на л/2 и поставить ее ось параллельно оси цилиндра аппарата, то в экране будет возбужден другой тип колебаний (аксиальный). При этом типе колебаний электрические токи в стенках экрана 6 текут перпендикулярно образующей цилиндра и щели в экране 6 необходимо расположить вдоль по окружностям цилиндра, т. е. перпендикулярно току, как это показано на чертеже. Следовательно, ребра 2 на охлаждаемой стенке аппарата необходимо расположить вдоль образующей цилиндра аппарата.

Возможен также ввод энергии СВЧ в аппарат не коаксиальным волноводом, как в предыдущих двух примерах, а любым другим, например цилиндрическим, прямоугольным, диэлектрическим и др. При этом также могут быть возбуждены в экране 6 и аксиальные и радиальные типы колебаний.

Однако, при любом способе ввода энергии СВЧ и при любом возбужденном типе колебаний располагают щели в экране 6 по линиям тока СВЧ в его стенках, а ребра 2 перпендикулярно щелям и соблюдают все указанные соотношения размеров. При этом обеспечиваются минимальные утечки СВЧ-энергии и резонатора и исключается проникновение СВЧ-поля к охлаждаемой стенке аппарата.

При испытаниях аппарата применялись два магнетрона общей выходной мощностью 1 кВт на частоте 2450 МГц, т. е. Я, 12,2 см. Ширина щелей экрана б составляла 0,5 см, расстояния между ребрами 3 см, ширина ребер 3,5 см, расстояние от экрана до внутреннего края ребер 4 см. Выпаривался кубовый остаток метилхлороформа, загрязненного фоторезистом. Аппарат работал с производительностью 14 л/ч по регенерированному растворителю при потребляемой из сети электроэнергии 2,4 кВт. Это в 2,8 раза вы- ше по производительности и одновременно на 0,6 кВт меньше по энергоемкости в сравнении с прототипом. Таким образом, если за единицу эффективности аппарата принять величину производительности (в л/ч) на единицу электрической мощности (в кВт), потребляемой из сети, то предлагаемый аппа

0

5

рат более чем в три раза эффективнее прототипа.

Формула изобретения

Аппарат выпарки и сушки кубовых остатков, содержащий металлический корпус с размещенным в нем сосудом из диэлектрического материала с кубовым остатком и нагреватель, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, аппарат снабжен металлическим экраном со щелями, размещенными между сосудом и корпусом, рубашкой охлаждения и ребрами, расположенными на внешней и внутренней стенках корпуса соответственно, нагреватель выполнен в виде сверхвысокочастотного излучателя, выход волноводного тракта которого размещен внутри экрана, а щели расположены вдоль линий тока сверхвысокой частоты и перпендикулярно ребрам, при этом ширина щелей не превышает одной десятой доли от длины волны излучателя, ширина ребер составляет не менее четверти длины волны, расстояние между соседними ребрами не превышает четверти длины волны, а расстояние между ребрами и экраном не превышает половины длины волны излучателя.

Изобретение относится к процессам регенерации растворителей и утилизации их загрязнений и может использоваться в радиоэлектронной, химической, микробиологической и других отраслях промышленности, а также позволяет интенсифицировать процесс выпарки и сушки. В аппарате используется электромагнитное поле сверхвысокой частоты (СВЧ), причем используется свойство поля СВЧ проходить через пары и газы без поглощения. Аппарат содержит корпус 1 с охлаждаемыми стенками, в котором размещен сосуд 3 из диэлектрического материала, заполненный упариваемым раствором, а также излучатель 7 энергии СВЧ. Поглощаясь в растворе, поле СВЧ нагревает его, раствор кипит и пары растворителя конденсируются на оребренной стенке. Для предотвращения нагрева конденсата между сосудом 3 и охлаждаемой стенкой установлен легкий металлических экран со щелями, которые ориентированы вдоль линий сВЧ и перпендикулярно оребрению стенки. Размеры оребрения и щелей согласованы с длиной волны СВЧ-излучения так, что энергия поля не достигает конденсата. 1 ил.

5