Роторный аппарат Советский патент 1992 года по МПК B01F7/28 

Изобретение относится к устройствам для создания импульсных колебаний в проточной жидкой среде и может быть исполь- зовано в химической, нефтяной, машиностроительной, пищевой и других отраслях народного хозяйства для проведения и интенсификации различных физико-химических, химических, биологических и тепломассобменных процессов в системах жидкость-жидкость и твердоеЖЙДКОСТЬ.

Известен роторный аппарат, в котором отверстия статора расположены под острым углом к отверстиям ротора по направлению его вращения. Интенсификация технологических процессов в этом аппарате достигается за счет увеличения интенсивности акустических колебаний, вызывающих интенсивную кавитацию. Увеличение интенсивности акустических колебаний определяется тем, что передние кромки отверстия на внешней поверхности ротора и задние кромки на внутренней поверхности статора выполнены скругленными.

Недостатком этой конструкции является малое время пребывания обрабатывае- мой среды в аппарате.

Известен роторный аппарат,, содержащий корпус со штуцерами ввода и вывода компонентов, коаксиальноустановленные в нем ротор и статор в виде цилиндров с отверстиями и дополнительным перфорированным диском, установленным на валу ротора, отверстия в котором совпадают с отверстиями в донной части статора.

ю о

ел

Основной недостаток этого аппарата - это большие энергозатраты при функционировании.

Наиболее близким к изобретению является роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках камеры озвучивания и привод, причем каналы статора имеют криволинейную форму, и через него можно провести хотя бы одну прямую, не касающуюся его боковых стенок, при этом отрезок прямой, ограниченный входными и выходным отверстиями канала, равен ширине камеры озвучивания. Криволинейность каналов и возникающий в аппарате автоколебательный (резонансный) режим работы позволяют повысить экономичность и интенсифицировать технологический процесс.

Однако время пребывания обрабатываемой среды в этом аппарате недостаточно.

Общим недостатком известных роторных аппаратов является наличие холостого хода, т.е. времени работы, когда каналы статорй перекрыты промежутками между каналами ротора. 8 этот момент возникают транзитные течения через радиальный зазор между ротором и статором, уменьшающие коэффициент модуляции потока и, в конечном счете, уменьшающие интенсивность акустических колебаний.

Цель изобретения - интенсификация процессов диспергирования и тепломассообмена за счет увеличения интенсивности акустических колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что в роторном аппарате, содержащем корпус с крышкой и патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ро- тор.. и статор.. с каналами в боковых стенках и камеру озвучивания, каналы в статоре выполнены в виде чередующихся друг с другом глухих и сквозных каналов, глухие каналы снабжены дополнительными кана- ламп, соединяющими их с патрубком входа среды и расположенными в крышке аппарата, при этом , n 1, 3, 5,... (нечетный ряд чисел), при и zc nzp, n 1,2,3,4.. (простой ряд чисел), при zcЈ zp, где zp. - число каналов в роторе, zc - число каналов в статоре.

На фиг. 1 изображен роторный аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Роторный аппарат содержит корпус 1 с патрубком выхода 2, крышку 3 с коаксиаль- но расположенным патрубком входа 4, скрепленную с корпусом 1, статор 5 с глухими каналами 6 в боковой стенке, соединенными дополнительными каналами 7, расположенными в крышке 3, с патрубком йхода 4, и сквозными каналами 8, ротор 9с каналами 10 в боковых стенках, камеру озвучивания 11, образованную корпусом 1, крышкой 3 и статором 5.

Аппарат работает следующим образом.

Обрабатываемая среда поступает через патрубок 4 самотеком в полость ротора 9. Затем возможны два случая следования среды, В первом случае, когда каналы ротора 10 совпадают со сквозными каналами статора 8, среда под действием статического напора и центробежных сил проходит через каналы 10и8в камеру озвучивания 11 и выводится из аппарата через патрубок 2, Во втором случае, когда каналы ротора 10 совпадают с глухими каналами статора 6 среда через каналы 10, 6, 7 поступает в па.трубок входа 4. Глухие каналы 6 расположены равномерно между сквозными кана- лами 8, поэтому при вращении ротора 9 происходит поочередная реализация двух случаев движения обрабатываемой среды.Известно, что автоколебательные и резонансные режимы работы позволяют более полно использовать энергию колебаний. С целью повышения интенсивности акустических колебаний за счет возникновенияавтоколебательногорезонансного режима работы, предложено предварительно модулировать поступающий поток обрабатываемой среды с частотой, равной частоте, генерируемой аппаратом. Это достигается тем, что в период холостого хода аппарата, т.е. при перекрытии сквозных каналов статора промежутками между отверстиями ротора, среда через глухие и дополнительные каналы подается на вход аппарата. Таким образом, предварительно промодулированная среда поступает в полость ротора и при открытии сквозных отверстий статора выходит в камеру озвучивания, подвергаясь вторичной модуляции. При этом происходит возрастание амплитуды акустических колебаний. Необходимым условием усиления амплитуды колебаний является равенство частот, генерируемых первичным и вторичным модуляторами. В роторных аппаратах частота акустических колебаний зависит от угловой частоты вращения ротора и числа каналов, следовательно, в предлагаемой конструкции необходимо соблюдение равенства числа глухих и сквозных каналов статора. Кроме того, необходимо поочередное открытие глухих zc и сквозных zc отверстий статора, так как при одновременном их .открытии только часть среды модулируется в глухих каналах и поступает на вход аппарата. Другая, большая часть (за счет разных гидравлических сопротивлений сквозных и глухих каналов) проходит в камеру озвучивания, подвергаясь только однократной модуляции. Для выполнения изложенных условий и условия синфазного открытия каналов методом графического моделирования, получены следующие соотношения между числом отверстий ротора zp и статора zc. В случае zp zc, zp nzc, n 1, 3, 5,... (нечетный ряд чисел); в случае zp Јzc zc nzp, n 1, 2, 3, 4... (простой ряд чисел).

Для каждого технологического процесса существует вполне определенная оптимальная частота налагаемых акустических колебаний, при которой он протекает наиболее быстро и качественно, т.е. в существующих конструкциях невозможно сократить время холостого хода простым увеличением числа каналов (изменится частота колебаний). В предлагаемой конструкции при неизменной частоте колебаний значительно уменьшается время холостого хода за счет наличия глухих и дополнитель- ных каналов в статоре и, следовательно, уменьшается транзитное течение, за счет чего также растет интенсивность акустических колебаний. Тзким образом, в предлагаемом аппарате более полно используется рабочее время, т.е. повышается его КПД.

К преимуществам предлагаемой конструкции также следует отнести увеличение времени пребывания обрабатываемой среды в аппарате за счет ее прохождения через глухие и дополнительные каналы в период холостого хода. Это способствует интенсификации технологического процесса.

Была проведена экспериментальная проверка предложенной конструкции. В ка- честве типового технологического процесса массообмена взят процесс растворения

природной Соликамской соли хлористого натрия, Эффективность процесса растворения характеризуется временем, необходимым для получения концентрации насыщения, т.е. той концентрацией соли в растворителе, выше которой невозможно получить раствор.

Некоторые результаты сравнения эффективности предлагаемого, и аппарата- прототипа приведены в таблице. Время получения концентрации насыщения характеризует скорость проведения процесса, чем выше скорость (меньше время), тем интенсивнее протекает массообмен. Испытания проводились при различных режимах работы, регламентируемых давлением в камере озвучивания аппарата.

В результате испытаний установлено, что время до получения концентрации насыщения снизилось на 30-40%.

Формула изобретения Роторный аппарат, содержащий корпус с крышкой и патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках и камеру озвучивания, о тличающи- й с я тем, что, с целью интенсификации процессов диспергирования и тепломассообмена за счет увеличения интенсивности акустических колебаний, каналы в статоре выполнены в виде чередующихся друг с другом глухих и сквозных каналов, глухие каналы снабжены дополнительными каналами, соединяющими их с патрубком входа среды и расположенными в крышке аппарата, при этом zp nzc, n 1, 3, 5,... (нечетный ряд чисел), при zp zc и zc nzp, n 1, 2, 3, 4,... (простой ряд чисел), при , где zp - число каналов в роторе; zc - число каналов в ста- торе.

Фиг. 2

// 5

LA

в 7 Ю

UЈ

Л х

О О

//// / S/S S/ / //////

L

Изобретение относится к устройствам для создания импульсных колебаний в проточной жидкой среде и может быть исполь- зовано в химической, нефтяной, машиностроительной, пищевой и других отраслях народного хозяйства для проведения и интенсификации различных физико-химических, химических, биологических и тепломассообменных процессов в системах жидкость-жидкость и твердое- жидкость. Изобретение позволяет интенсифицировать процессы диспергирования и тепломассообмена за счет увеличения интенсивности акустических колебаний. Это достигается тем, что в роторном аппарате, содержащем корпус с крышкой и патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках и камеру озвучивания, каналы в статоре выполнены в виде чередующихся друг с другом глухих и сквозных каналов, глухие каналы снабжены дополнительными каналами, соединяющими их с патрубком входа среды и расположенными в крышке аппарата, при этом zp snzc.n 1,2,5... (нечетный ряд чисел), при zp zc и Zc n Zp, n 1, 2, 3, 4 ... (простой ряд чисел), при Zc Zp, где zp - число каналов в роторе, a zc - число каналов в статоре. 3 ил.;1 табл.