Аппарат с теплообменным перемешивающим устройством Советский патент 1992 года по МПК B01F15/06 

Фиг. 2

Изобретение относится к аппаратам для механического перемешивания любых жидких сред и может быть использовано в процессах, в которых требуется обеспечить равномерное поле температур по любому сечению аппарата при отсутствии поперечного и осевого перемешиваний технологической среды, т.е. в тех случаях, когда среда проходит реакционный (рабочий) объем аппарата в режиме идеального вытеснения. Особенно эффективен предлагаемый аппарат в качестве реактора для проведения процесса поликонденсации в производстве полиэфирных волокон, для полимеризации стирола и сополимеризации его с другими мономерами блочным способом, для подогрева закваски, например, в производстве кисло-молочных продуктов.

- Известен аппарат с теплообменным перемешивающим устройством, содержащий корпус, вращающийся полый вал, к которому подключены витки труб перемешивающего устройства, через которые циркулирует тепло(хладо)агент.

Аппараты с вращающимся теплообменным перемешивающим устройством предпочтительно используются в процессах, в которых требуется подвести (отвести) большое количество тепла. Однако подвод (отвод) тепло(хладо)агента во вращающиеся полости сложен.

Известен также аппарат с теплообменным перемешивающим устройством, содержащий цилиндрический корпус с теплообменной рубашкой, соосно с которым установлен вращающийся вал, на котором радиально закреплены полые лопасти, концы которых снабжены прилегающими к внутренней поверхности корпуса приемными камерами, одна из стенок которых представляет собой подпружиненный скрвбок, а противоположная ей стенка выполнена не доходящей до стенки корпуса.

При вращении перемешивающего устройства слой нагретой жидкости снимается скребком и через полые лопасти отводится из аппарата.

Недостатками такого аппарата являются сложность конструкции, недостаточно интенсивное протекание процесса теплообмена, а также невозможность обеспечения изотермичности поля температур по сечению аппарата.

Известен аппа рат с теплообменным перемешивающим устройством, содержащий цилиндрический корпус с теплообменной рубашкой, соосно с которым установлен вращающийся вал, на котором радиально закреплены лопасти, выполненные в виде

центробежных тепловых труб с зонами испарения и конденсации.

Недостатком известного аппарата является относительно невысокая интенсивность отвода тепла через полые герметичные лопасти.

При подводе тепла к зоне испарения каждой лопасти находящийся там теплоноситель испаряэтся и его пары перемещают0 ся в зону конденсации, где они ожижаются на ее внутренней поверхности. Так как конденсат, образующийся в лопасти - тепловой трубе - отбрасывается к ее периферии (в зону испарения) за счет центробежных сил,

5 то в случае выполнения лопасти прямолинейной конденсат движется по ее внутренней поверхности в виде жидкостной пленки, которая вносит основное термическое сопротивление процессу конденсации, сни0 жая его интенсивность.

Цель изобретения - интенсификация процесса теплообмена за счет снижения термического сопротивления конденсации паров путем передачи теплоносителя в зону

5 испарения в виде капель, движущихся под действием центробежных сил в паровом пространстве лопасти - тепловой трубы, что обеспечивает высокую изотермичность поля температур по любому сечению аппарата

0 без интенсивного перемешивания технологической среды поперек потока.

Поставленная цель достигается тем, что в аппарате с теплообменным перемешивающим устройством, содержащем цилиндри5 ческий корпусе теплообменной рубашкой, соосно с которым установлен вращающийся вал, на котором радиально закреплены лопасти, выполненные в виде центробежных тепловых труб с зонами испарения и кон0 денсации, каждая лопасть выполнена S-об- разной в горизонтальной плоскости так, что ее периферийная часть, представляющая зону испарения, имеет выпуклость, направленную в сторону вращения вала, а в зоне

5 конденсации тепловой трубы, примыкающей к валу, размещены вставки в виде усеченных конусов, обращенных меньшими основаниями к периферии лопасти.

Кроме того, лопасти снаружи снабжены

0 оребрением в виде пластин, эквидистантных цилиндрической поверхности корпуса. На фиг.1 показан аппарат с теплообменным перемешивающим устройством, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А

5 на фиг.1; на фиг.З -узел I на фиг.2; на фиг.4 - вид Б на фиг.З:

Аппарат с теплообменным перемешивающим устройством содержит цилиндрический корпус 1 с теплообменной рубашкой 2, соосно с которым установлен вращающийся вал 3. На валу 3 поярусно радиально закреплены лопасти 4 виде центробежных тепловых труб с зонами испарения Li и конденсации L.2. При этом каждая лопасть 4 выполнена S-образной в горизонтальной плоскости так, что ее периферийная часть, представляющая зону испарения Ц, имеет выпуклость, направленную в сторону вращения вала 3, а в зоне конденсации тепловой трубы размещены вставки 5 в виде усеченных конусов, обращенных меньшими основаниями к периферии лопасти 4. Вставки 5 для сброса конденсата в паровое пространство предпочтительно выполнять вальцеванием из тонколистовой стали, а их крепление внутри лопасти осуществляется за счет сил упругих деформаций. Сечение лопастей 4 может быть любой формы, диктуемой условиями перемешивания. На фиг.1-4 приведена лопасть круглой формы, выполненная гнутьем из трубы. Каждая лопасть 4 снаружи снабжена оребрением в виде пластин 6. эквидистантных цилиндрической поверхности корпуса 1, с целью увеличения теплообменной поверхности лопасти - тепловой трубы 4 - для обеспечения выравнивания температуры по сечению аппарата, но без интенсивного поперечного перемешивания технологической среды. Кроме того, такое выполнение оребрения гарантирует минимальное гидравлическое сопротивление движению лопасти и, следовательно, минимальный расход энергии на вращение вала.

Аппарат работает следующим образом.

Реакционная масса непрерывно (либо периодически) подается в аппарат по штуцеру 7, а подача теплоагента осуществляется по штуцеру 8. При вращении вала 3 с лопастями 4, выполненными в виде центробежных тепловых труб, происходит интенсивная передача тепла от теплоотдающей стенки корпуса 1 к центральным объемам жидкости, что обеспечивает высокую изо- термичность потока по любым сечениям аппарата. При подводе тепла к зоне испарения LI каждой лопасти 4 находящийся внутри нее теплоноситель испаряется и его пары перемещаются в зону конденсации L.2, где они ожижаются. Конденсат под действием центробежных сил стекает по кони- ческой поверхности вставок 5 и сбрасывается в паровое пространство, перемещаясь к периферии лопасти в зону ис- пареяия U. Ветвь S-образного профиля лопасти 4, примыкающая к валу 3, соответствует траектории свободного полета капель в центробежном поле и гарантирует движение капель конденсата не по ее внутренней поверхности, а в паровом пространстве, что однозначно предопределяет интенсив1

ное течение процесса конденсации. Периферийная часть лопасти 4, выпуклость которой направлена в сторону вращения вала, обеспечивает попадание всех капель на поверхность испарения Li, и процесс повторяется аналогично.

Таким образом, предлагаемый аппарат обеспечивает высокую изотермичность потока по сечению без интенсивного перемешивания среды при резком увеличении

теплопроводности центробежной тепловой трубы в продольном направлении. Формула изобретения

1.Аппарат с теплообменным перемешивающим устройством, содержащий цилиндрический корпус с теплообменной рубашкой, соосно с которым установлен вращающийся вал с радиальными лопастями в виде центробежных тепловых труб с зонами испарения и конденсации, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, лопасти выполнены S-образ- ными в горизонтальной плоскости с выпуклостью в зоне испарения, направленной в сторону вращения вала, и снабжены расположенными в зоне конденсации вставками в виде усеченных конус.ов, обращенных меньшими основаниями к периферии лопасти.

2.Аппарат по п.1.отличающийся тем, что лопасти снабжены наружным оребрением в виде пластин, эквидистантных цилиндрической поверхности корпуса.

Использование: процессы, в которых требуется обеспечить равномерное поле температур по любому сечению аппарата. Сущность изобретения: S-образные в горизонтальной плоскости лопасти 4 в виде тепловых труб имеют в зоне испарения выпуклость в сторону вращения вала 3. В зоне конденсации установлены вставки 5 в виде усеченных конусов, обращенных меньшими основаниями к периферии лопасти. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

фие.Э

frtffe

фие.4