СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОЧНОГО ПОТОКА ЖИДКОГО ВЕЩЕСТВА И ПЛЕНКООБРАЗУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF RECEIVING OF FILM FLOW OF LIQUID SUBSTANCE AND FILM-FORMING DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Предлагаемые изобретения относятся к областям промышленности и науки, в которых может быть применено пленкообразующее устройство для получения пленочного потока жидкого вещества, с использованием способов получения пленок, в частности способа получения пленочного потока различных растворов, суспензий и пульп.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При создании пленочных потоков жидкого вещества достигается эффективная обработка растворов, суспензий и пульп внешними факторами, такими как высокотемпературные реагирующие газы, плазма, различного рода излучения. При наличии пленочного, в частности тонкопленочного, течения жидкого вещества достигается высокая скорость газового обмена и обмена реагентами. При использовании пленочного потока жидкого вещества может быть достигнута высокоэффективная защита конструкционных материалов от внешнего воздействия высокотемпературных газов, плазмы, излучений.
Известно «УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ ИЗЛУЧЕНИЕМ В ТОНКОМ СЛОЕ» [1], состоящее из вертикальной цилиндрической камеры облучения с источником излучения внутри нее, патрубка для тангенциального ввода жидкости в приемную камеру, установленную соосно камере облучения. В кольцевом зазоре между стенками приемной камеры и камеры облучения установлен приводимый во вращательное движение потоком жидкости поплавковый распределитель с элементами для образования тонкой пленки на внутренней поверхности камеры облучения. Однако при резком увеличении расхода обрабатываемой жидкости происходит снижение надежности работы вышеуказанного устройства, так как при этом происходит выброс поплавкового распределителя из цилиндра камеры облучения, что приводит к его остановке и последующему разрушению пленки, а рабочие элементы поплавкового распределителя при его нормальной работе, взаимодействуя с потоком жидкости, создают волнообразный профиль пленки, что является причиной неоднородности пленки.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является «УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ ИЗЛУЧЕНИЕМ В ТОНКОМ СЛОЕ» [2], содержащее вертикальную цилиндрическую камеру облучения с источником излучения и патрубком для вывода обработанной жидкости, а также приемную камеру с тангенциальным патрубком ввода жидкости, установленную с зазором относительно камеры облучения, отличающееся тем, что в кольцевом зазоре между камерой облучения и приемной камерой соосно с камерой облучения неподвижно установлены одна или несколько направляющих, имеющих форму цилиндра или его частей, причем их нижние кромки не касаются дна приемной камеры, а приемная камера снабжена одним или несколькими патрубками постоянного или сужающегося сечения. Однако к недостаткам изобретения [2] можно отнести то, что описанная конструкция устройства [2] не позволяет осуществить создание пленочных потоков суспензий и пульп, так как в проточной приемной камере установлена одна или несколько неподвижно закрепленных гладких направляющих, имеющих форму образующей цилиндра или ее частей, соосных с камерой облучения, которые разрушают вихревое движение, стабилизируя возмущения путем многократных лабиринтных переходов, при этом устройство [2] должно устанавливаться строго вертикально, чтобы ось камеры облучения совпадала с направлением вектора силы тяжести, так как любые отклонения от данного направления будут приводить при малых углах отклонения - к неравномерности толщины пленки в камере облучения, а при больших углах отклонения - к разрушению пленки.
Техническим результатом, на достижение которого направлены предлагаемые изобретения, является создание способа получения пленочного потока жидкого вещества и пленкообразующего устройства для его осуществления, а именно такого пленкообразующего устройства, с помощью которого возможно осуществление способа получения пленочного однородного потока растворов, суспензий и пульп, позволяющего сформировать пленочное течение жидкостей в камере облучения, для чего необходимо организовать их непрерывное перемешивание путем создания вихревого движения внутри приемной камеры, с достаточно хорошей смачиваемостью пленкообразующей поверхности, обрабатываемой жидкостью, что является ключевым условием для образования пленки.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технический результат достигается тем, что предложены способ получения пленочного потока жидкого вещества и пленкообразующее устройство для его осуществления.
1. Способ получения пленочного потока жидкого вещества, включающий тангенциальный подвод жидкого вещества в зону его преобразования, отличающийся тем, что в зоне преобразования создают тороидальное гидродинамическое вихревое движение жидкого вещества, посредством которого при перемещении жидкого вещества по поверхности созданного им тора обеспечивают скоростной перенос наружных слоев жидкого вещества во внутреннюю область созданного им тора, в которой при ограничении поступательных направлений движения жидкого вещества, перпендикулярных его оси, используя сохранение момента количества движения, создают скоростное вращательно-поступательное движение жидкого вещества вокруг оси созданного им тора, вдоль оси тора, в одном из направлений оси тора, чем формируют на ограничивающей поверхности однородную сплошную пленку жидкого вещества.
В предлагаемом изобретении для получения пленки используют свойства тороидального гидродинамического вихревого движения. При перемещении жидкости по поверхности тора осуществляется быстрый перенос наружных слоев жидкости во внутреннюю область тора, в которой в силу сохранения момента количества движения возникает быстрое вращение жидкости вокруг оси тора, которое вызывает центробежные силы, прижимающие слои жидкости к внутренней поверхности тора.
Для осуществления способа получения пленочного потока жидкого вещества предложено следующее пленкообразующее устройство.
2. Пленкообразующее устройство, включающее приемную камеру, одно или несколько вводных устройств для подачи вещества внутрь приемной камеры тангенциально, выполненные с постоянными или переменными сужающимися сечениями, внутреннюю камеру, на внутренней поверхности которой создается пленочное течение жидкости, отличающееся тем, что внутренняя камера выполнена из смачиваемого преобразуемой в пленку жидкостью материала, а внутри приемной камеры формируется тороидальное гидродинамическое вихревое движение, полость приемной камеры выполнена в форме тороида, внешняя оболочка приемной камеры выполнена полой, закрытой с обоих торцов крышками, с одного торца крышка выполнена глухой, а в центре крышки другого торца выполнено сквозное отверстие, внутренняя камера, выполненная полой, с открытыми торцами меньшего диаметра, размещена внутри внешней оболочки приемной камеры, соосно с ней, и соединена своей внешней поверхностью с краями отверстия крышки внешней оболочки приемной камеры таким образом, что один из ее торцов выходит за пределы приемной камеры со стороны крышки с отверстием, а между другим торцом и глухой крышкой внешней оболочки приемной камеры остается зазор, причем наружная поверхность внутренней камеры является внутренней поверхностью приемной камеры, а место присоединения одного или нескольких вводных устройств к внешней оболочке приемной камеры выполнено удаленным от глухой крышки внешней оболочки приемной камеры на расстояние, превышающее величину зазора между глухой крышкой внешней оболочки приемной камеры и ближайшим к глухой крышке внешней оболочки приемной камеры торцом внутренней камеры.
На Фиг.1 и Фиг.2 изображено предлагаемое пленкообразующее устройство.
На Фиг.3 изображены схематично два основных движения жидкости внутри устройства.
Пленкообразующее устройство включает одно или несколько вводных устройств 1, через входные отверстия 2 которых жидкое вещество тангенциально подают в приемную камеру 3, выполненную в форме тороида, которая состоит из внешней оболочки 4, закрытой с обоих торцов крышками 5 и 6, и наружной поверхности 7 внутренней камеры 8. В центре крышки 6 выполнено сквозное отверстие 9, внутренняя камера 8 с внутренней пленкообразующей поверхностью 10 и наружной поверхностью 7 размещена внутри внешней оболочки, соосно с ней и соединена наружной поверхностью 7 с краями отверстия 9 крышки 6 внешней оболочки 4 таким образом, что один из ее торцов выходит за пределы приемной камеры 3 со стороны крышки 6, а между другим торцом и крышкой 5 внешней оболочки 4 приемной камеры 3 остается зазор 11. Место присоединения 12 вводного устройства или устройств 1 выполнено удаленным от крышки 5 внешней оболочки 4 на расстояние, превышающее расстояние между свободным торцом внутренней камеры 8 и крышки 5 внешней оболочки 4.
Пленкообразующее устройство работает следующим образом.
Через входные отверстия 2 вводного или вводных устройств 1 внутрь камеры 3 тангенциально, под давлением подают жидкое вещество, которое, поступая в приемную камеру 3, начинает движение вокруг оси приемной камеры 3 с большой скоростью, прижимаясь за счет центробежной силы к внутренней стенке внешней оболочки 4 приемной камеры 3. Пройдя полный круг, жидкость сталкивается с поступающей внутрь приемной камеры струей и приобретает дополнительное вращательное движение вокруг ядра струи и, двигаясь таким образом, заполняет собой всю полость приемной камеры 3, имеющей форму тора. Результирующее движение жидкости внутри приемной камеры напоминает форму движения вихрей торнадо, то есть такое движение, которое можно условно разделить на два основных, а именно вращение с большой угловой скоростью вокруг оси приемной камеры и вращение по сложной кривой вокруг ядра потока. При перемещении жидкости по поверхности созданного ей внутри приемной камеры 3 тора обеспечивается высокоскоростной перенос наружных слоев жидкого вещества во внутреннюю область тора, то есть на пленкообразующую поверхность 10 внутренней камеры 8, в которой в силу сохранения момента количества движения возникает высокоскоростное вращательно-поступательное движение жидкого вещества, которое вызывает центробежные силы, прижимающие слои жидкого вещества к пленкообразующей поверхности 10 внутренней камеры 8, формируя однородную быстровращающуюся пленку жидкого вещества, сохраняющую однородность в широком диапазоне изменения скорости подвода жидкого вещества в зону его преобразования.
Пример.
Пленкообразующее устройство, реализующее принцип тороидального гидродинамического вихревого движения, включает вводное устройство или может включать несколько вводных устройств, выполненных в виде патрубков для подачи жидкого вещества или веществ внутрь приемной камеры тангенциально, и имеющие постоянные или переменные сужающиеся сечения, приемную камеру, полости которой выполнены в форме тороида, и включающую внешнюю оболочку, например, выполненную в виде полого цилиндра, закрытого с обоих торцов крышками, где с одного торца крышка выполнена глухой, а в центре крышки другого торца выполнено сквозное отверстие, и внутреннюю камеру, которая выполнена в виде фигуры вращения, например в виде полого цилиндра с открытыми торцами меньшего диаметра и размещена внутри внешней оболочки камеры соосно с ней и соединена своей внешней поверхностью с краями отверстия крышки внешней оболочки приемной камеры таким образом, что один из ее торцов выходит за пределы приемной камеры со стороны крышки с отверстием, а между другим торцом и глухой крышкой внешней оболочки приемной камеры остается зазор, причем наружная поверхность внутренней камеры является внутренней поверхностью приемной камеры, а ее внутренняя поверхность является пленкообразующей и выполнена из материала, хорошо смачиваемого пленкообразующей жидкостью, место присоединения одного или нескольких вводных устройств к внешней оболочке приемной камеры выполнено удаленным от глухой крышки внешней оболочки приемной камеры на расстояние, превышающее величину зазора между глухой крышкой внешней оболочки приемной камеры и ближайшим к глухой крышке внешней оболочки приемной камеры торцом внутренней камеры. В зоне преобразования - приемной камере при подаче в нее тангенциально жидкого вещества создают тороидальное гидродинамическое вихревое движение жидкого вещества, при котором при перемещении жидкого вещества по поверхности созданного им тора обеспечивается высокоскоростной перенос наружных слоев жидкого вещества во внутреннюю область тора, в которой в силу сохранения момента количества движения возникает высокоскоростное вращательно-поступательное движение жидкого вещества, ограничивая и/или исключая поступательные направления движения жидкого вещества на поверхности внутренней области тора, перпендикулярные его оси, вокруг оси тора, в одном из ее направлений, формируют однородную, сплошную, быстровращающуюся пленку жидкого вещества.
3
Например, в конкретной реализации предлагаемого пленкообразующего устройства, имеющего диаметр внешней оболочки приемной камеры 50 мм, диаметр внутренней камеры 26 мм и высоту приемной камеры 20 мм, было получено пленочное течение жидкости с толщиной пленки порядка 0,5 мм и расходом 0,5 м/ч, а также сформировано пленочное течение пульпы с величиной твердой фракции 0,5-0,7 мм.
Таким образом, достигнут технический результат, а именно предложены способ получения пленочного потока жидкого вещества и пленкообразующее устройство для его осуществления, с помощью которого возможно осуществление способа получения пленочного однородного потока растворов, суспензий и пульп, позволяющего сформировать пленочное течение жидкостей в камере облучения, для чего организовано их непрерывное перемешивание путем создания вихревого движения внутри приемной камеры, с достаточно хорошей смачиваемостью пленкообразующей поверхности, обрабатываемой жидкостью, что является ключевым условием для образования пленки.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Предлагаемые изобретения относятся к областям промышленности и науки, в которых может быть применено пленкообразующее устройство для получения пленочного потока жидкого вещества, с использованием способов получения пленок, в частности способа получения пленочного потока различных растворов, суспензий и пульп.
Предлагаемая группа изобретений направлена на создание такого пленкообразующего устройства, с помощью которого реализовалась бы возможность осуществления способа получения однородного пленочного потока жидкого вещества с достигаемой толщиной пленки менее 1 мм, а также возможность формирования пленочного течения растворов, суспензий и пульп в широком диапазоне изменения расходов при неизменных габаритах устройства.
Предлагаемая группа изобретений может быть применена в областях промышленности, где при обработке низкотемпературной плазмой или другими способами, такими как высокотемпературные реагирующие газы, различного рода излучения и так далее, достигается существенный результат при инициировании химико-физических процессов в растворах, суспензиях и пульпах различных материалов органического и неорганического происхождения.
При использования пленочного течения жидкого вещества может быть достигнута высокоэффективная защита конструкционных материалов от внешнего воздействия высокотемпературных газов, плазмы, излучений.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Описание изобретения к а.с. РФ №799704, A23L, 3/23, публ. 1981.
2. Патент РФ №2055493 (Заявка РФ на изобретение №92001681). Опубл. 1996.03.10, кл. A23L 3/26.