METHOD OF PRODUCTION OF SOLUTIONS IN VERTICAL CONTAINER OF RECTANGULAR SECTION, HEATED MOSTLY FROM BOTTOM, FOR EXAMPLE FOR WORK OF SIZING MACHINE OF WEAVING FACTORY
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРОВ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЕМКОСТИ ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ, НАГРЕВАЕМОЙ, В ОСНОВНОМ, СО СТОРОНЫ ДНИЩА, НАПРИМЕР ДЛЯ РАБОТЫ ШЛИХТОВАЛЬНОЙ МАШИНЫ ТКАЦКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Предлагаемое изобретение относится к технологии растворения трудно растворимых сложных полимеров типа крахмала и к технологии нагрева жидких субстанций внутри вертикальных цилиндрических емкостей, высота которых существенно больше размеров днища.
Изобретение может быть использовано для получения технологических растворов в неподвижных емкостях для промывки деталей, тросов и других изделий после изготовления или перед сборкой.
Для получения подогретых растворов (электролитов) в электролизных и гидролизных емкостях, в гальванических ваннах.
Для получения подогретых растворов с целью очистки деталей от механических загрязнений.
Для приготовления раствора шлихты и подачи его в клеевую ванну шлихтовальной машины ткацкого производства текстильной промышленности.
1. Уровень техники
Известен способ приготовления раствора шлихты [1, с.4-34], который является слабым раствором органических (природных) полимеров на основе крахмала. В этом способе [1, с.36, рис.4 и табл. 13] раствор приготавливается следующим образом.
В цилиндрический бак, с механическими мешалками, снабженными электроприводом, внутри, заливается вода и нагревается подачей пара внутрь рубашки бака в течение 15 мин. до 25-30°С. Затем, сверху бака (цилиндрическая емкость), закладывают крахмальный состав, включают мешалки и перемешивают состав внутри емкости (бака) в течение 20 мин. Далее, в течение 6 мин., в процессе перемешивания, внутрь жидкой смеси засыпают (вводят) расщепитель (например, хлорамин) и перемешивают жидкую смесь 6 мин. Затем, доливают воду, нагревают паром емкость (рубашку бака) и перемешивают мешалками жидкую смесь в течение 45 мин. После этого, в почти готовый раствор, перемешивая его и нагревая, вводят масла и глицерин и доводят раствор до готовности в течение еще 10 мин.
Расход времени на приготовление раствора составляет больше, чем 1,5 часа. Готовый раствор из нижней части емкости (бака) по трубе с регулировочным вентилем непрерывно подается в клеильный аппарат шлихтовальной машины [1, с.51, рис.11] непосредственно в клеевую ванну [1, с.51, рис.11, поз.18].
Основными недостатками такого способа получения растворов являются
1. Чрезвычайно высокая энергоемкость нагрева паром и большой расход пара за 1,5 часа приготовления раствора.
2. Сложность устройства реализующего такой способ приготовления растворов, расход дополнительной энергии приводом на вращение механических мешалок и, ограниченная вязкой средой, частота вращения мешалок.
3. Слишком большая длительность, по времени, процесса приготовления раствора.
Первый недостаток данного аналога обусловлен спецификой парового нагрева.
Двустенная рубашка бака (емкости) нагревается посредством конвекции между паром и внутренними поверхностями стенок рубашки. Жидкий состав в баке (в емкости) нагревается от внутренней стенки рубашки посредством теплопроводности. Наружная стенка рубашки поглощает тепловую энергию пара, но нагревается бесполезно, поскольку не имеет контакта с жидким составом внутри емкости.
Из научно-технической литературы известно, что при теплообмене конвекцией и теплопроводностью перенос энергии приблизительно пропорционален разности температур в первой степени. При теплообмене излучением, перенос энергии тоже пропорционален разности температур, но - абсолютных и, каждая из них, возводится в 4-ую или 5-ую степень [2]. Поэтому, нагрев излучением существенно эффективнее, чем конвекцией и теплопроводностью.
Известны способы нагрева вращающихся цилиндрических емкостей (сушильных цилиндров) изнутри токами высокой частоты [3, 4, 5, 6]. Основными недостатками являются чрезмерная энергоемкость, сложность реализации и ограниченные функциональные возможности, вследствие невозможности наведения вихревых (поверхностных токов Фуко) токов в сплавах цветных металлов. Емкости для приготовления растворов изготавливают из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, которую излучением токов высокой частоты нагреть невозможно.
Известны способы контактного электрического нагрева цилиндрической стенки вращающейся цилиндрической емкости [7, 8]. Основные недостатки: сложность реализации (изготовления, монтажа и замены электрического нагревателя) и высокая энергоемкость обусловленная теплообменом теплопроводностью.
14
Известно, что мощность электромагнитного излучения пропорциональна квадрату его частоты и максимальными нагревающими способностями обладает излучение в ближней инфракрасной области, с длиной волны 0,75-2 мкм (f≈10 Гц) [9]. Известны и источники такого излучения - кварцево-галогенные лампы КГТ и инфракрасные зеркальные лампы ИКЗ [10]. Лампы КГТ создают рассеянное излучение, а ИКЗ-направленно-фокусированное излучение в ближней инфракрасной области, за счет зеркального отражателя в колбе. Далее по тексту это излучение будет обозначаться сокращенно НИКИ.
Известны способы нагрева цилиндрической стенки вращающейся емкости изнутри посредством направленного электромагнитного излучения (ЭМИ) инфракрасного спектра (далее по тексту - ИКИ (инфракрасное излучение) линейными излучателями ограниченной длины [11, 12, 13, 14]. Основными недостатками является сложность реализации из-за необходимости изготовления, монтажа и настройки отдельных отражателей на каждый отдельный излучатель, для создания НИКИ направленного на внутреннюю цилиндрическую поверхность.
Известен способ нагрева цилиндрической стенки вращающейся емкости изнутри точечными, по сравнению с размерами самой емкости, источниками НИКИ [15, 16, 17]. Этими излучателями являются электрические, зеркальные, инфракрасные лампы накаливания, которые выпускаются отечественной и зарубежной промышленностью. Внутренняя поверхность колбы такой лампы снабжена зеркальным отражателем, направляющим всю энергию ИКИ спирали вдоль оси лампы, в направлении противоположном ее цоколю. В данном способе, эти лампы посредством термостойких керамических патронов неподвижно закрепляют на плоских гранях неподвижного короба, а короб устанавливают неподвижно внутри емкости, коаксиально ее внутренней цилиндрической поверхности. Причем так, что НИКИ каждого точечного источника направлено радиально к внутренней поверхности емкости. Данный способ позволяет устранить большинство недостатков конвективного нагрева, нагрева теплопроводностью, трансформаторного нагрева и нагрева посредством НИКИ от линейных излучателей ограниченной длины (лампы КГТ).
Недостатками данного способа является высокая конструктивная и технологическая сложность реализации, недостаточная надежность и долговечность работы электрической системы (электропроводка, патроны и большое число электрических контактов) внутри емкости, а так же избыточная энергоемкость.
Главным недостатком всех выше перечисленных способов нагрева является то, что их реализация функционально не позволяет обеспечить нагрев плоского днища неподвижной вертикальной емкости, высота которой существенно больше размеров днища.
Известны, также, электродные котлы проточного типа («ГАЛАН») [18, 19] нагревающие жидкость протекающую в собственной камере ионизации за счет высокочастотной смены полюсов ионизации молекул жидкости (с частотой промышленной сети 50 Гц). Эти котлы представляют собой трубчатый (цилиндрический) ионизатор (нагреватель), к которому с двух сторон присоединяется гидравлически трубопровод отопительной системы. За счет высокочастотной ионизации и переионизации (с плюса на минус) молекул жидкости, частотой 50 Гц - последняя, в камере котла, быстро нагревается, ее давление повышается, пульсируя с той же частотой и такой котел работает и как нагреватель жидкости, и как гидравлический насос. Такой насос, с электрическим питанием, позволяет нагревать жидкость (например, воду) в проточной трубе связанной гидравлически с другими емкостями, например, с батареями водяного отопления и обеспечивать централизованное водяное отопление, например в комнате, квартире или в здании, состоящим из нескольких помещений.
1.1. Наиболее близким техническим решением (первым прототипом) к заявляемому является способ нагрева жидкости в вертикально установленной неподвижной емкости с плоским днищем и прямоугольным сечением, высота которой больше размеров днища [20].
В этом техническом решении днище вертикально установленной цилиндрической емкости прямоугольного поперечного сечения нагревают снизу посредством НИКИ от ламп ИКЗ, а жидкость разделяют на две части, одну из которых оставляют в емкости, а другую часть - помещают в неподвижную трубу параллельную емкости снаружи, гидравлически соединенную с емкостью концами в нижней и верхней частях емкости, как сообщающиеся сосуды. Эту часть жидкости внутри трубы нагревают посредством электродного котла, размещая его неподвижно на трубе выше ее середины по высоте, при этом изначально жидкость в емкость заливают выше верхнего соединения трубы с емкостью.
Излучатели НИКИ и электродный котел электрически параллельно подключают к силовому выходу авторегулятора «напряжение-температура», силовой вход которого электрически подключают к промышленной сети, а управляющий вход регулятора электрически соединяют с датчиком температуры, который надежно прикрепляют к наружной стенке емкости посередине высоты столба жидкости в емкости.
Данное техническое решение позволяет в существенно увеличить скорость нагрева жидкости в емкости, не увеличивая количество излучателей НИКИ (не увеличивая площадь днища емкости). При этом, жидкость внутри трубы (при одновременно работающих нагревателях) непрерывно движется снизу вверх, создавая на выходе из верхнего отверстия приточную струю жидкости, в области отверстии нижнего концы трубы - всасывающий факел.
Наиболее существенным недостатком такого способа нагрева является невозможность быстрого растворения в жидкости растворимых веществ, поскольку жидкость внутри емкости не совершает вращательных движений (размешивания).
Другим недостатком - является размещение датчика температуры посередине высоты столба жидкости в емкости. По мере уменьшения величины этого столба (по мере слива жидкости) этот датчик необходимо непрерывно перемещать вниз. При неподвижном закреплении уровень жидкости опустится ниже датчика и на управляющий вход авторегулятора «напряжение-температура» будет поступать искаженный сигнал о температуре жидкости. По мере уменьшения уровня - все меньшую температуру. В этом случае, на управляемом выходе авторегулятора, всегда будет поддерживаться максимальная электрическая мощность для питания излучателей НИКИ. Это очень существенный недостаток прототипа, который приводит к перерасходу энергии на нагрев.
Второй и третий недостатки аналога обусловлены сложной структурой устройства для приготовления раствора шлихты и недостаточной скоростью взаимодействия жидкости, пульсирующей по давлению в процессе перемешивания, с растворяемым веществом.
В то же время, известны ультразвуковые технологии растворения растворимых веществ, создания суспензий и эмульсий [21]. Ультразвук, воздействуя на вещество внутри жидкости, на два порядка ускоряет растворение растворимых веществ в 10-30 раз, а медленно растворимых в 3-5 раз. При ультразвуковом растворении наблюдается одновременный процесс сольватации (гидратации) и разрушения кристаллической решетки. Эффективность процесса зависит оттого, насколько силы сцепления между ионами или молекулами растворяемого вещества и растворителя будут больше, чем межмолекулярные связи каждого из них в отдельности.
Динамическая вязкость полярных жидкостей уменьшается, микротрещины и поры в твердом веществе разветвляются, увеличиваются их размеры и глубина, что способствует в наилучшей форме процессу растворения. Типовой ультразвуковой реактор РАП-01 достаточно хорошо представлен в материалах [22].
Сущность этого способа растворения заключается в том, что жидкий состав из емкости забирается сверху через присоединенную к емкости трубу, поступает в реактор, в котором он подвергается силовому воздействию типа сжатие - растяжение с помощью гидродинамических сил и поступает в нижнюю часть емкости тоже по трубе. Таким образом, жидкий состав циркулирует из емкости сверху через ультразвуковой реактор и поступает в нижнюю часть емкости по трубам. Циркуляция жидкого состава осуществляется посредством насоса.
Этот способ растворения усложняет процесс растворения в 5-7 раз, но при этом, увеличить скорость растворения сложно растворимых природных полимеров типа крахмала.
В то же время, известно, что в типовых электродных котлах [23] жидкость протекающую в собственной камере ионизации котла нагревают за счет высокочастотной смены полюсов ионизации молекул жидкости (с частотой промышленной сети 50 Гц).
Одновременно известно, что в этом процессе изменения и давления и частоты перенионизации (в камере ионизации), с частотой промышленной сети, внутри камеры ионизации, с той же частотой промышленной сети 50 Гц создаются разрушения в структуре растворяемых веществ [24], что существенно ускоряет процесс растворения, особенно трудно растворимых органических полимеров типа крахмала..
2. Наиболее близким техническим решением (прототипом), к заявляемому, является способ получения растворов в прямоугольной вертикальной емкости, нагреваемой, в основном, со стороны днища, в котором днище нагревают снизу инфракрасными излучателями, а жидкость в емкости разделяют на части, одну из которых нагревают и перемещают вверх отдельно от содержащейся в емкости по трубе, объединенную с электродным проточным котлом и гидравлически соединенную с емкостью сверху и снизу, как сообщающиеся сосуды, объединяя инфракрасные нагреватели днища и электродный котел автоматической системой нагрева с непрерывным измерением температуры жидкости, размещая датчик температуры жидкости неподвижно на наружной поверхности емкости [20].
Преимуществами прототипа перед аналогами являются высокая скорость нагрева жидкости в емкости и возможность создания тепловых потоков жидкости и внутри и снаружи емкости в трубе.
В основные цели предлагаемого изобретения (по сравнению с прототипом) входит получение следующих технических результатов.
1. Возможность получения растворов внутри емкости в процессе нагрева жидкости внутри нее и ускорение процесса растворения.
2. Повышение надежности и качества процесса регулирования и поддержания заданных температур раствора в емкости.
3. Причины, препятствующие получению технических результатов.
Основными причинами, препятствующими эффективному использованию известного способа (прототипа) являются следующие обстоятельства.
3.1. Первый недостаток обусловлен невозможностью получения растворов в емкости из-за невозможности интенсивного перемешивания слоев жидкости внутри емкости и, в следствии, слабого взаимодействия между жидкостью и растворяемым веществом в ионизационной камере единственного электродного проточного котла.
3.2. Второй недостаток обусловлен расположением датчика температуры на емкости - посередине высоты емкости. После приготовления раствора, например, шлихты для шлихтовальной машины ткацкого производства, его нужно сливать (п.е. подавать в шлихтовальную машину) не уменьшая его температуры, т.е. 95°С. Пока уровень раствора выше или равен тому уровню, на котором размещен датчик температуры - авторегулятор с инфракрасными излучателями поддерживает заданную температуру раствора. Однако, когда уровень раствора ниже датчика температуры, данные с датчика будут заниженными значениями температуры по сравнению с фактической температурой раствора. Авторегулятор будет непрерывно увеличивать напряжение с цепи питания инфракрасных нагревателей и раствор в емкости будет непрерывно перегреваться. Повышение его температуры до 100°С приводит к порче раствора. При этой температуре, например, раствор крахмала превращается в кисель (крахмал сваривается) и становится не пригодным для процесса шлихтования на шлихтовальных машинах.
4. Признаки прототипа, совпадающие с заявляемым предлагаемым изобретением.
В способе получения растворов в прямоугольной вертикальной емкости нагреваемой, в основном, со стороны днища, в котором днище нагревают инфракрасными излучателями, а жидкость в емкости разделяют на две части, одну из которых оставляют в емкости, а другую часть перемещают вверх емкости от ее днища по отдельной трубе посредством электродного котла на ней, в котором, также, объединяют инфракрасные излучатели днища и электродный котел общей автоматической системой нагрева с датчиком температуры жидкости.
5. Задачами предлагаемого изобретения являются следующие технические результаты.
1. Получение растворов с высокой скоростью и равномерностью растворения веществ в жидкости внутри вертикальной неподвижной прямоугольной емкости, высота которой больше размеров днища.
2. Повышение надежности и точности контроля температуры раствора.
6. Эти технические результаты в заявляемом способе получения растворов в вертикальной емкости прямоугольного сечения нагреваемой, в основном, со стороны днища, например для работы шлихтовальной машины ткацкого производства, в котором днище нагревают снизу инфракрасными излучателями, а жидкость в емкости разделяют на части, одну из которых нагревают и перемещают вверх отдельно от содержащейся в емкости по трубе, объединенную с электродным проточным котлом и гидравлически соединенную с емкостью сверху и снизу, как сообщающиеся сосуды, объединяя инфракрасные нагреватели днища и электродный котел автоматической системой нагрева с непрерывным измерением температуры жидкости, размещая датчик температуры жидкости неподвижно на наружной поверхности емкости достигаются тем, что жидкость в емкости разделяют на пять частей, оставляя большую часть жидкости внутри емкости, а остальные четыре направляют в четыре идентичные трубы с электродным проточным котлом на каждой, размещая по одной трубе на каждой вертикальной грани емкости в ее углах таким образом, что векторы движения потоков жидкости приточных струй из верхних отверстий труб направлены по часовой стрелке, а векторы движения потоков жидкости во всасывающих факелах в нижних концах труб направлены противоположно (против часовой стрелки), причем датчик температуры жидкости устанавливают на одной из вертикальных граней емкости в нижней ее части на уровне всасывающих отверстий труб.
7. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где, на фиг.1 показана схема устройства, реализующего заявляемый способ (общий вид в плане), на фиг.2 - вид на емкость сверху, а на фиг.3 - поперечный разрез емкости снизу; на фиг.4 - структурная схема автоматической системы управления нагревом раствора.
7.1. Устройство, поясняющее реализацию заявляемого способа включает в себя следующие элементы конструкции.
Буквенные обозначения на чертежах и в тексте означают:
ПС - приточная струя (вектор гидравлической тяги), на фиг.2 и в тексте;
ВФ - всасывающий факел (вектор гидравлической тяги), на фиг.3 и в тексте;
TP - тепловое реле, на фиг.4 и в тексте;
АРНТ - авторегулятор «напряжение-температура» (Например, широкополосный, тиристорный, однофазный, с токовым ограничением в фазах), на фиг.4 и в тексте;
ЭК
R - электрическое сопротивление электродного котла, на фиг.4 и в тексте;
ДТ - датчик температуры (например, терморезистор 50 Ом), на фиг.4 и в тексте;
ИП - источник питания датчика температуры, например 12 В постоянного тока, на фиг.4 и в тексте;
ЭИН
R - эквивалентное электрическое сопротивление инфракрасных нагревателей при их параллельном подключении к управляемому выходу АРНТ, на фиг.4 и в тексте;
Ф, N - фазный и, соответственно, нейтральный провод электрической промышленной сети, на фиг.4 и в тексте;
1
Ф - фазный провод в управляемого выхода АРНТ, на фиг.4 и в тексте;
ПС
U - напряжение питающей сети (Ф, N) 220 В.
1 - неподвижная, прямоугольная в поперечном сечении, емкость с плоским прямоугольным днищем (фиг.1).
Неподвижными опорами 2 емкость 1 неподвижно установлена на горизонтальном фундаменте 3 так, что ее днище (на чертежах не обозначено) горизонтально, а плоские грани (на чертежах не обозначены) емкости 1 вертикальны.
Под днищем емкости 1 на фундаменте 3 между опорами 2 неподвижно установлено плоское диэлектрическое основание 4 с инфракрасными излучателями 5. Инфракрасными излучателями 5 являются, например, типовые инфракрасные лампы мод. ИКЗ-500. Эти излучатели 5 размещены на основании 4 с зазором 5 мм от днища емкости 1.
К каждой плоской грани емкости 1, в каждом из ее углов, неподвижно герметично и вертикально присоединены [- образные трубы 6, на серединах которых размещены электродные проточные котлы 7, например «Галан». Верхние отогнутые концы труб 6 вварены сверху емкости 1 на расстоянии, например 200 мм от ее верхнего края, а нижние отогнутые концы труб 6 вварены снизу емкости 1 вплотную к днищу емкости 1 так, что внутренняя полость емкости 1 внутренние полости труб 6 являются сообщающимися сосудами (фиг.1, 2, 3). Снизу емкости 1, посередине одной из ее широких граней, на уровне нижних концов труб 6 неподвижно закрепляют датчик температуры 8, например, терморезисторный ДТВ-038.
Снизу емкости 1, посередине ее узких граней вварены, соответственно, подводящая труба 9 подводящая растворитель (жидкость, например, воду) и выпускная труба 10 отводящая раствор из емкости 1, например, раствор шлихты к шлихтовальной машине. Подводящая труба 9 и отводящая труба 10 снабжены запирающими вентилями (на чертежах не обозначены).
Через подводящую трубу 9 емкость 1 заполняют растворителем 11 (жидкостью, например, водой) по уровню выше верхних концов труб 6 (фиг.1), после чего вентилем запирают канал трубы 9.
ЭК
ПС
Автоматизированная система управления нагревом приготовляемого раствора включает в себя (фиг.4) датчик температуры 8, выход которого электрически подключают одновременно и к управляющему входу температурного реле 12 (TP) и к управляющему входу авторегулятора «напряжение-температура» 13 (АРНТ). Электрическое питание электродных проточных котлов 7 (R) осуществляется от электрической промышленной сети U через реле 12 (TP), к выходу которого котлы 7 подключены электрически параллельно.
ЭИН
ПС
Электрическое питание инфракрасных нагревателей 5 (R) осуществляется с управляемого выхода авторегулятора 13 (АРНТ), силовой вход которого подключен к электрической промышленной сети U 7.2. Заявляемый, как изобретение, способ получения растворов в цилиндрической вертикальной емкости нагреваемой, в основном, со стороны днища реализуется следующим образом.
Открывают вентиль (на чертежах не обозначен) подводящей трубы 9 и заполняют жидкостью (растворителем, например водой) 11 (фиг.1) выше уровня верхних концов труб 6, после чего перекрывают этим же вентилем подачу жидкости.
После этого, подключают электрическое питание к температурному реле 12 (TP) и к авторегулятору «напряжение-температура» 13 (АРНТ). Задатчиком АРНТ 13 устанавливают температуру 95°С и, такую же, задатчиком TP 12 (фиг.4).
В течение первой минуты, после этой операции, засыпают в емкость (в раствор, например, в воду) растворяемое вещество, например на основе органических полимеров, например крахмала и других составляющих шлихты. По истечении 15 минут раствор по выпускной трубе 10 (фиг.1-3) подают на шлихтовальную машину или сливают в другую емкость.
ПС
В момент подачи напряжения U на АРНТ и TP, когда включаются одновременно и инфракрасные нагреватели 5 и электродные котлы 7, в процесс растворения одновременно включаются три процесса.
Первый, это нагрев днища емкости 1, нагрев жидкости 11 вблизи днища емкости 1 и вынужденное движение жидкости вверх от днища посредством тепловой конвекции.
Второй, это перемещение жидкости 11 внутри труб 6 вверх посредством электродных проточных котлов 7 с одновременным нагревом этих частей жидкости 11 внутри труб 6 дополнительно. В результате движения частей жидкости 11 внутри труб 6 вверх и выхода ее из верхних концов [- образно изогнутых труб 6 под давлением - выход жидкости 11 из каждого (из четырех) верхнего отверстия труб 6 сопровождается образованием напора приточной струи ПС (фиг.2). Векторы четырех напоров ПС направлены, каждый, вдоль каждой стенки (грани) емкости 1, а все вместе эти векторы напоров (гидродинамические усилия внутри жидкости 11) образуют замкнутый контур циркуляции жидкости 11 вверху по часовой стрелке (фиг.2).
Перемещение жидкости 11 внутри труб 6 вверх посредством электродных проточных котлов 7 с одновременным нагревом этих частей жидкости 11 внутри труб 6 сопровождается, также, всасыванием жидкости 11 нижними концами труб 6 (фиг.3) и образованием всасывающих факелов ВФ у каждого нижнего отверстия труб 6. Векторы четырех гидравлических сил ВС направлены, каждый, вдоль каждой стенки (грани) емкости 1, а все вместе эти векторы ВС (гидродинамические усилия внутри жидкости 11) образуют замкнутый контур циркуляции жидкости 11 внизу против часовой стрелки (фиг.2).
Таким образом, после включения питания инфракрасных нагревателей 5 под днищем и одновременного включения электродных котлов 7 внутри емкости 11 жидкость приходит во вращательное движение, причем. Верхняя часть жидкости 11.1 вращается по часовой стрелке, а нижняя - в противоположном направлении 11.2.
Кроме этого, следует учитывать, что температура жидкости 11 внутри емкости 1 сверху значительно выше, чем снизу. Поэтому, плотность жидкости 11 сверху меньше, чем снизу и скорость вращения верхних слоев жидкости 11 существенно больше, чем нижних
Засыпанный в течении первой минуты, растворяемый материал (на чертежах не показан) помимо погружения в жидкость 11 к днищу емкости 1 захватывается вращающимися потоками этой нагретой жидкости и перемещается не по прямой к днищу емкости, а по траектории сложной спирали. При этом, увеличивается время взаимодействия растворителя (жидкости 11, например, воды) с растворяемым веществом. Кроме этого, достаточно известно, что внутри вращающихся турбулентных потоков жидкости (в нашем случае нагретого растворителя - жидкости 11) всегда пульсирует давление жидкости. Следовательно, растворяемое вещество взаимодействуя с жидкостью не только подвергается воздействию сил жидкого трения с ней и растворению, но и воздействию сил пульсирующего давления жидкости, которые увеличивают трещины в частицах растворяемого вещества и дополнительно ускоряют процесс растворения.
ПС
Третий процесс растворения обусловлен турбулентностью потоков жидкости 11 внутри четырех труб 6 и работой четырех ионизационных камер четырех электродных проточных котлов 7. Турбулентность потоков жидкости с захваченными снизу частицами растворяемого вещества посредством пульсирующего давления интенсивно дробит эти частицы, уменьшая их размер и, одновременно, увеличивая общую площадь взаимодействия частиц с жидкостью. В рабочих камерах котлов 7 непрерывные процессы ионизации-переионизации и пульсирующего давления с частотой промышленной сети U 50 Гц ускоряют процесс измельчения частиц и процесс растворения растворяемого вещества в жидкости 11 внутри емкости.
Очень важным является то, что по истечении одной минуты загрузки растворяемого вещества типа крахмала полностью готовый и равномерный раствор получается в течении 14 последующих минут.
Таким образом, достигается первый технический результат предлагаемого изобретения, а именно - получение растворов с высокой скоростью и равномерностью растворения веществ в жидкости внутри вертикальной неподвижной прямоугольной емкости.
3
Например. В емкости 1 объемом 2,5 м 2000 литров раствора с содержанием крахмала 10% заявляемым способом приготовляется полностью за 15 мин. При этом, инфракрасные нагреватели 5 состоящие из 44 ламп ИКЗ-500, общей мощностью 22 кВт и 4 электродных котла общей мощностью 8 кВт за 15 мин расходуют 7,5 кВтч электрической энергии. Такой малый расход энергии на приготовление 2-ух тонн раствора недостижимо другими способами.
Следовательно, уменьшение расхода энергии на приготовление раствора в заявляемом способе его приготовления является дополнительным техническим результатом.
Второй технический результат данного предлагаемого изобретения достигается операцией размещения датчика температуры 8 (ДТ) на нижней наружной поверхности емкости 1 на уровне нижних концов (отверстий) труб 6.
ПС
На самом деле, при сливе жидкого раствора (на чертежах не - обозначен) через выпускающую трубу 10, уровень жидкости уменьшается. При достижении температуры раствора 95°С (при полном объеме жидкости 11 в емкости 5) температурное реле 12 (TP, фиг.4) отключает электрическое питание U электродных котлов 7, запорный вентиль (на чертежах не показан) выпускающей трубы 10 открывают и подают свежее приготовленный раствор на шлихтовальную машину или сливают в другую емкость по необходимости.
1
С уменьшением уровня в жидкости 11 ее объем в емкости 1 непрерывно уменьшается. При отключенных электродных котлах 7 - заданную температуру жидкости (раствора) 95°С поддерживают только инфракрасные нагреватели 5, связанные электрически посредством Ф и N с управляемым выходом регулятора 13 (АРНТ). С уменьшением объема жидкого раствора (жидкости 11) в емкости 1 меньше тратится и энергии на поддержание заданной температуры.
Этим достигаются дополнительные технические эффекты, а именно точное поддержание температуры сливаемого раствора - заданной и снижение расхода энергии на поддержание заданной температуры при сливе раствора.
Третий технический результат предлагаемого изобретения достигается контролем температуры в области емкости, ближней к плоскости слива раствора из емкости 1.
Вышеуказанные технические эффекты позволяют существенно сократить время, по сравнению, например с аналогом. Время приготовления раствора в аналоге составляет 1,5 часа. В заявляемом техническом решении - 15 мин. 90 мин/15 мин = 6.
Таким образом, заявляемый, как изобретение, способ получения растворов - более, чем в 6 раз позволяет увеличить скорость приготовления растворов в неподвижной емкости прямоугольного сечения.
Источники информации
1. Живетин В.В., Брут-Бруляко А.Б. Устройство и обслуживание шлихтовальных машин. Издание второе. М., Легпромбытиздат, 1988. С-240.
2. Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача, М., Высшая школа, 1980. // С. - 469.
3. А.С. №220744 кл. F26B 5/02, 1952.
4. Патент GB №2227823 кл. F26B 13/14.
5. А.С. №731234 кл. F26B 13/18, опубл. 30.04.80.
6. Патент RU №22177129 кл. F26B 13/18, опубл. 20.12.2001.
7. А.С. №514177 кл. F26B 13/18, опубл. 15.05.76.
8. Патент DM №1226287 НКИ 39az 7/14, 1966.
9. Джемисон P.X., Физика и техника инфракрасного излучения, М., Изд. Советское радио, 1965 // С - 535.
10. .
11. А.С. №596795 кл. F26B 13/18, опубл. 05.03.78.
12. Патент RU A1 №1781523 кл. F26B 13/14, опубл. 15.12.1992.
13. Патент RU №2263730, МПК D06B 15/00, F26B 13/00, 2005.
14. Патент RU №2300589, МПК D06B 15/00, F26B 13/00, 2007.
15. Патент RU №2269730, МПК F26B 13/18, 2006.
16. Патент RU №2355961, МПК F26B 3/34, 13/08, 2009.
17. Патент RU №2431793, МПК F26B 3/34, 2011.
18. .
19. .
20. Патент RU№2442935 МПК F24H 1/18, 20.02.2012 г.
21. .
22. .
23. Патент RU №2160411, МПК F22B 1/30, Опубл. 10.12.2000.
24. Патент RU №2141603, 2011.