УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗОГРЕВА РАСТИТЕЛЬНОГО МАСЛА СВЧ ИЗЛУЧЕНИЕМ В ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ КОЛОННЕ

Полезная модель относится к химической и лакокрасочной промышленности и предназначено для нагрева вязких жидкостей, например растительных масел, жидкого парафина и т.п. в окислительной колонне, например, при производстве олифы и др. продуктов производимых этой промышленностью.
Для того чтобы запустить процесс окисления растительного масла, необходимо нагреть его до 120°С.
Известны устройства для объемного нагрева диэлектрических сред, использующие СВЧ излучение (резонаторного и волноводного типа) (Диденко А.Н. «СВЧ энергетика: теория и практика» М., Наука, 203 г., стр.97-118). В устройствах волноводного типа реализуется способ СВЧ обработки материалов в свободном пространстве, при этом рабочая камера имеет произвольные размеры.
Известно, также устройство, описанное в патенте «Способ разогрева в емкости загустевших продуктов и устройство для его осуществления» (патент №2103211 МПК В65D 88/74, опубл. 27.01.1998.) Устройство, содержит генератор СВЧ колебаний, соединенный посредством передающей линии с излучателем. На горловине емкости размещен электромагнитный экран, в окне которого установлена передающая линия в виде металлического волновода, а излучатель выполнен виде направленной антенны, установленной наклонно к поверхности продукта.
Недостатком данного технического решения является длительный цикл разогрева продукта и отсутствие контроля за процессом разогрева продукта в объеме емкости, возможность проникновения образующихся продуктов возгонки в волноводный тракт, способствующий выводу его из строя.
Наиболее близким техническим решением, (прототипом) является устройство для разогрева вязкой жидкости в емкости (свид. на полезную модель №19824, опубл. 10.10.2001 г.), содержащее, последовательно расположенные вдоль продольной оси устройства, блок управления, генератор СВЧ-колебаний, передающий СВЧ-колебония волновод, излучатель СВЧ-колебаний, а также переходник с отверстием, размещенный в горловине емкости. Устройство снабжено регуляторами температуры нагрева жидкости и температуры окончания нагрева жидкости, с соответствующими одноименными датчиками, электрически связанными со своими регуляторами. Причем, датчик нагрева жидкости размещен в замкнутой трубке, которая расположена по оси устройства и закреплена верхним концом снизу в центре распределителя СВЧ колебаний, а датчик температуры окончания разогрева жидкости закреплен на боковой поверхности емкости. Генератор СВЧ колебаний имеет антенну, размещенную на его нижней стенке. Передающий СВЧ колебания волновод установлен на переходнике и выполнен в виде полого замкнутого распределителя СВЧ колебаний лепестковой формы, в центре которого расположена прозрачная для СВЧ колебаний втулка, внутри которой размещена антенна генератора. Излучатель СВЧ колебаний выполнен в виде нескольких цилиндрических полых перфорированных стержней, которые проходят через отверстие переходника внутрь емкости и выполнены по длине с возможностью погружения их в жидкость. Стержни равномерно расположены по окружности вокруг продольной оси устройства и параллельны ей, а их верхние концы закреплены на нижней стенке лепестков распределителя СВЧ колебаний. Полости цилиндрических перфорированных стержней заполнены прозрачным для СВЧ колебаний наполнителем-диэлектриком.
Недостатком устройства является то, что разогрев вязкой жидкости осуществляется локально, непосредственно возле стержней, толщина слоя подогрева составляет 3-5 мм, в основную массу жидкости тепло поступает за счет теплопередачи, конвективный теплообмен практически отсутствует из-за большой вязкости жидкости в холодном состоянии. При низкой теплопроводности вязкой жидкости датчики температур не показывают истинных значений, что приводит к большим градиентам температур в объеме жидкости. Приходится ограничивать мощность подогрева, чтобы избежать локального кипения и испарения жидкости. Поэтому требуется значительное время на разогрев жидкости. Кроме того, большое неудобство вызывает необходимость отмывки погруженных стержней от остатков разогреваемой жидкости.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение равномерности и эффективности разогрева реакционной массы в реакторе (в окислительной колонне), повышение уровня управления процессом, путем контролирования проведения процесса.
Поставленная задача решается за счет размещения направленной антенны в нижней части окислительной колонны с погружением непосредственно в массу продукта, с возможностью изменения угла ее наклона, снабжения окислительной колонны патрубком, связывающим колонну с компрессором, подающим сжатый газ (воздух) для перемешивания разогреваемой массы, а также размещения датчиков температуры на боковых поверхностях колонны; при этом СВЧ генератор, компрессор сжатого воздуха и датчики температуры электрически связаны с блоком управления.
Сущностью заявляемой полезной модели является то, что в устройстве, содержащем СВЧ генератор, соединенный с излучателем, в виде направленной антенны, последняя расположена на боковой поверхности в нижней части окислительной колонны. Направленная антенна закреплена в шаровой опоре с возможностью изменения угла наклона для выбора ее оптимального наклона, обеспечивающего максимальное поглощение СВЧ энергии растительным маслом и минимальное отражение энергии обратно к генератору. Угол наклона антенны зависит от свойств масел, массы загруженного продукта и размеров колонны и определяется экспериментально. Датчики температуры размещены на боковых стенках колонны, и электрически связаны с блоком управления, который, в свою очередь, связан с СВЧ генератором и компрессором для подачи сжатого газа (воздуха).
Устройство для разогрева растительного масла в окислительной колонне поясняется графической частью: на фигуре изображена схема, где стрелками показано направление действия СВЧ излучения на реакционную массу (растительное масло) в окислительной колонне.
Устройство для разогрева растительных масел содержит генератор СВЧ колебаний 1, соединенный посредством передающей линии 2 в виде волновода с излучателем, выполненным в виде направленной антенны 3. Вход в волновод закрыт радиопрозрачной прокладкой 4. Генератор СВЧ колебаний закреплен на обечайке 5 горловины люка, расположенной на боковой стенке окислительной колонны 6 в шаровой опоре 7, позволяющей изменять угол наклона волновода с излучателем (направленной антенной) 3 в двух плоскостях (вертикальной и горизонтальной) с целью обеспечения максимального поглощения СВЧ-энергии, разогреваемой массой растительного масла и минимального отражения энергии обратно к генератору (показано стрелками). Управление генератором 1 осуществляют при помощи электрически связанного с ним блока управления (БУ) 8 по заданной программе с использованием показаний датчиков температур 9, размещенных на боковых стенках окислительной колонны. Для выравнивания температурных градиентов, возникающих в реакционной массе в процессе нагрева, применяют перемешивание масла с помощью сжатого воздуха, подаваемого от компрессора 10 снизу колонны через патрубок 11, размещенный в донной части окислительной колонны. Устройство работает следующим образом. Окислительная колонна 6 заполнена растительным маслом. В устройство посредством генератора СВЧ колебаний 1 подают энергию в диапазоне 400-3000 Мгц. В этом диапазоне длина волны электромагнитного поля составляет от 65 до 10 см, что во много раз меньше размеров окислительной колонны. Излучатель, в виде направленной антенны 3, установлен под определенным углом в нагреваемой массе. Радиопрозрачная прокладка 4 препятствует проникновению в волноводный тракт жидких и газообразных продуктов, способных вызвать электрический пробой и выход СВЧ генератора из строя. Электромагнитная волна, распространяясь внутри колонны и, переотражаясь от стенок колонны, многократно проходит через растительное масло. При этом электромагнитное поле СВЧ воздействует на молекулы продукта, и его энергия, преобразуясь в тепло, нагревает масло. Поскольку поглощение энергии и, соответственно, повышение температуры происходит неравномерно в объеме продукта, для выравнивания температуры в массе применяют перемешивание масла в объеме с помощью сжатого воздуха, подаваемого снизу колонны, создающее интенсивное перемешивание и обеспечивающее равномерное повышение температуры во всем объеме, без локальных перегревов. Сжатый воздух подают от компрессора 10 через патрубок 11, размещенный внизу колонны. Управление процессом осуществляют при помощи блока управления 8. Блок управления 8, электрически связанный с СВЧ генератором 1, с датчиками температуры 9 и компрессором 10, задает интенсивность перемешивания, которая зависит от мощности СВЧ излучения, реологических параметров разогреваемого продукта и температурных градиентов.
Техническим результатом применения предлагаемой полезной модели является повышение эффективности, экономичности, за счет уменьшения времени на разогрев массы, и повышение равномерности разогрева всего объема реакционной массы, а также обеспечение регулирования хода процесса.
Таким образом, задача, поставленная перед изобретением, решена.