КАМЕРА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕНА МЕЖДУ ДИСПЕРГИРОВАННЫМИ ЧАСТИЦАМИ И ГАЗООБРАЗНОЙ СРЕДОЙ
CHAMBER FOR CONDUCTION OF HEAT-MASS EXCHANGE BETWEEN DISPERSED PARTICLES AND GASEOUS MEDIUM

Изобретение относится к устройствам для осуществления тепломассообменных процессов преимущественно сушки во взвешенном состоянии.
Наиболее близким к заявленному объекту по технической сущности является камера по патенту РФ №2490571, предназначенная для проведения тепломассообмена между жидкими или твердыми частицами и газообразным агентом, выполненные в виде закрытого сосуда цилиндрической формы переменного объема с пористыми стенками, и распылителями (прототип).
Однако применение цилиндрического сосуда переменного объема не позволяет в известной конструкции осуществлять тепломассообмен капель при непрерывном удалении из камеры теплоносителя, что резко ограничивает ее производительность и, соответственно, исключает возможность использования для осуществления тепломассообмена в промышленных условиях при распылительной сушке.
Технический результат - повышение производительности путем непрерывного отвода отработавшего теплоносителя.
Это достигается тем, что в камере для проведения тепломассообмена между диспергированными частицами и газообразной средой, содержащей корпус с крышкой, размещенный внутри корпуса концентрично ему сосуд с пористыми стенками, расположенные внутри сосуда форсунки и устройство для отбора отработавшего теплоносителя с пористой рабочей поверхностью, снабженное приводом, внутри сосуда закреплены решетки, между которыми насыпан слой инертного носителя, повышающий эффективность тепломассообмена, при этом для повышения эффективности работы инертного носителя к вращающемуся полому пористому цилиндру прикреплены по крайней мере два стержня, оси которых параллельны оси цилиндра, и находятся на одинаковом расстоянии от его оси, а к каждому из стержней под углом 45…90° прикреплены дополнительные стержни, позволяющие интенсифицировать тепломассообмен между теплоносителем и диспергированным материалом, а форсунка содержит полый цилиндрический корпус, который состоит из цилиндрической части с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода, подводящего жидкость, конической переходной части и цилиндрической части с большим размером диаметрального сечения, и с внутренней резьбовой поверхностью, а соосно корпусу, в его нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью с внешней резьбой, взаимодействующей с цилиндрической частью корпуса, при этом цилиндрическая поверхность сопла переходит в коническую поверхность и замыкается торцевой, перпендикулярной оси корпуса, глухой перегородкой, с жиклером в ее центре, выполненным осесимметричным соплу и состоящим из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, соединенных последовательно, причем больший диаметр конического отверстия расположен на глухой перегородке сопла, при этом корпус и сопло образуют три, соосные между собой, внутренние цилиндрических камеры, а на сопле, со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен дополнительный ряд жиклеров, которые образованы по крайней мере тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов для прохода жидкости и горизонтальных каналов, которые пересекаются на конической боковой поверхности сопла и образуют выходные отверстия каждого из жиклера, при этом парные каналы расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса, а коническая боковая поверхность сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°, а жиклер, выполненный в центре глухой перегородки и состоящий из цилиндрического и конического дроссельных отверстий имеет винтообразные поверхности на внутренних поверхностях как цилиндрического, так и конического дроссельных отверстий, при этом на внутренних поверхностях каналов жиклеров сопла, которые пересекаются на его конической боковой поверхности, и которые образованы по крайней мере тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных и горизонтальных каналов для прохода жидкости, выполнены винтовые поверхности, при этом направление винтовых поверхностей в этих каналах выполнено противоположно-направленным, причем образованные корпусом и соплом три, соосные между собой, внутренние цилиндрические камеры, одна из которых служит для подвода жидкости, другая является расширительной камерой, а третья выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления, заполнены упругим сетчатым элементом, или стружкой из цветного металла, или стружкой из пластмассы, а к торцевой поверхности цилиндрической части корпуса прикреплен диффузор, охватывающий коническую поверхность сопла с глухой перегородкой и жиклером, в выходном сечении диффузора форсунки, прикрепленного к торцевой поверхности цилиндрической части корпуса, установлена перфорированная перегородка, к которой, одним концом, в точке ее пересечения с осью распылителя, закреплены по крайней мере две спицы, второй конец которых закреплен на внутренней поверхности диффузора таким образом, что спицы перпендикулярны внутренней поверхности диффузора, а на спицах, в их центральной части, свободно установлены дополнительные распылители, выполненные в виде винтовых барабанов, которые зафиксированы на спицах с помощью упоров.
На фиг. 1 представлена схема предложенной камеры, на фиг. 2 - схема форсунки.
В корпусе 1 коаксиально расположен сосуд 2 с пористыми стенками, образуя свободное пространство для равномерного прохождения теплоносителя в сосуд 2. Корпус 1 и сосуд 2 выполнены цилиндрическими. Подвод и отвод теплоносителя осуществляется через патрубки 3 и 4. Подача частиц или распыление жидкости в объем сосуда 2 осуществляется при помощи форсунки 5. В зависимости от производительности камеры в промышленных условиях подача твердых частиц или распыление жидкости может осуществляется несколькими распылителями (форсунками) 5, равномерно расположенными по всему сечению сосуда 2. Удаление сухого продукта осуществляется путем открытия пористого дна 6, закрепленного в нижней части сосуда 2 при помощи крышки 7. Дня удаления теплоносителя из объема сосуда 2 предусмотрен вращающийся полый пористый цилиндр 8 с перфорированной (пористой) решеткой 19 на нижнем торце. Цилиндр 8 соединен посредством вала 9 с приводом 10. Цилиндр 8 наполовину длины своей рабочей поверхности выведен за пределы корпуса 1, т.е. его части, размещенные внутри сосуда 2 и в полости 11 между верхней стенкой корпуса 1 и верхней крышкой 12, равны. Это позволяет уменьшить гидравлические потери при отводе теплоносителя. Удаление готового продукта осуществляется из бункера 13, соединенного с разгрузочным патрубком 14. Внутри сосуда 2 закреплены решетки 15 и 16, между которыми насыпан слой инертного носителя 20, повышающий эффективность тепломассообмена. Для повышения эффективности работы инертного носителя 20 к вращающемуся полому пористому цилиндру 8 прикреплены по крайней мере два стержня 17, оси которых параллельны оси цилиндра 8, и находятся на одинаковом расстоянии от его оси. К каждому из стержней 17 под углом 45…90° прикреплены дополнительные стержни 18, позволяющие интенсифицировать тепломассообмен между теплоносителем и диспергированным материалом.
Форсунка (фиг. 2) содержит полый корпус, состоящий из цилиндрической части 21 с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости, конической переходной части 22 и цилиндрической части 23 с большим размером диаметрального сечения, с внутренней резьбовой поверхностью.
Соосно корпусу, в его нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью 26 с внешней резьбой, взаимодействующей с цилиндрической частью 23 корпуса. Цилиндрическая поверхность 6 сопла переходит в коническую поверхность 24 и замыкается торцевой, перпендикулярной оси корпуса, глухой перегородкой 25, с жиклером 30 в ее центре, выполненным осесимметричным соплу и состоящим из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, соединенных последовательно, причем больший диаметр конического отверстия расположен на глухой перегородке 25 сопла. При этом жиклер 30, выполненный в центре глухой перегородки 25, и состоящий из цилиндрического и конического дроссельных отверстий имеет винтообразные поверхности на внутренних поверхностях как цилиндрического, так и конического дроссельных отверстий (на чертеже не показано).
Корпус и сопло образуют три, соосные между собой, внутренние цилиндрические камеры. Камера 27 служит для подвода жидкости, камера 28 является расширительной камерой, камера 29 выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления.
На сопле, со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен дополнительный ряд жиклеров, которые образованы по крайней мере тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов 32 для прохода жидкости и горизонтальных каналов 31, которые пересекаются на конической боковой поверхности 24 сопла и образуют выходные отверстия каждого из жиклера. При этом вертикальные каналы 32 соединены с полостью расширительной камеры 28, а горизонтальные каналы 31 - с полостью нагнетательной камеры 29.
Парные каналы 31 и 32 расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса. Коническая боковая поверхность 24 сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°.
На внутренних поверхностях каналов жиклеров сопла 24, которые пересекаются на конической боковой поверхности сопла, и которые образованы по крайней мере тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов 32 для прохода жидкости и горизонтальных каналов 31, выполнены винтовые поверхности, при этом направление винтовых поверхностей в этих каналах выполнено противоположно-направленным. Это позволяет повысить мелкодисперсность распыляемой жидкости за счет взаимодействия вихревых потоков на выходе из жиклеров.
Возможен вариант, когда образованные корпусом и соплом три, соосные между собой, внутренние цилиндрические камеры, одна из которых (камера 27) служит для подвода жидкости, другая (камера 28) является расширительной камерой, а третья (камера 29) выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления, заполнены упругим сетчатым элементом, или стружкой из цветного металла, или стружкой из пластмассы (на чертеже не показано). К торцевой поверхности цилиндрической части 23 корпуса прикреплен диффузор 13, охватывающий коническую поверхность 24 сопла с глухой перегородкой 25 и жиклером 30.
Возможен вариант, когда в выходном сечении диффузора 33, прикрепленного к торцевой поверхности цилиндрической части 23 корпуса, установлена перфорированная перегородка 34, к которой, одним концом, в точке ее пересечения с осью распылителя, закреплены по крайней мере две спицы 35 и 36, второй конец которых закреплен на внутренней поверхности диффузора 33 таким образом, что спицы 35 и 36 перпендикулярны внутренней поверхности диффузора 33, а на спицах, в их центральной части, свободно установлены дополнительные распылители, выполненные в виде винтовых барабанов 37 и 39, которые зафиксированы на спицах с помощью упоров.
Возможен вариант, когда в выходном сечении диффузора 33, между перфорированной перегородкой 34, и закрепленными на ней, посредством спиц 35 и 36, дополнительными распылителями, выполненными в виде винтовых барабанов 37 и 39, зафиксированных на спицах с помощью упоров, установлена перфорированная коническая обечайка 38, вершина конической поверхности которой закреплена на перфорированной перегородке 34, в точке ее пересечения с осью распылителя.
Возможен вариант, когда полость 40 между перфорированной конической обечайкой 38, вершина конической поверхности которой закреплена на перфорированной перегородке 34, в точке ее пересечения с осью распылителя, и поверхностью перфорированной перегородки 34, заполнена упругим сетчатым элементом, или стружкой из цветного металла, или стружкой из пластмассы, который повышает мелкодисперсность фазы распиливаемой жидкости.
Камера работает следующим образом.
Теплоноситель с заданными температурой и влажностью поступает через патрубок 3 в свободное пространство между стенками корпуса 1 и сосуда 2, а также между крышкой 7 и пористым дном 6. Под действием напора, создаваемого, например вентилятором, теплоноситель проникает через поры стенок сосуда 2 внутрь этого сосуда. Здесь происходит тепломассообмен между теплоносителем и каплями или частицами непрерывно подаваемыми при помощи распылителя (форсунки) 5. Оседание капель или частиц происходит на инертный носитель 20, а на стенки сосуда 2 предотвращается путем организованного отдува их от стенок теплоносителем, поступающим через поры. Под действием вышеупомянутого напора теплоноситель проходит также через слой инертного носителя 20, расположенного между сетками 15 и 16, а также поры вращающегося полого пористого цилиндра 8, затем попадает во внутренний его объем и, далее через полость 11 к патрубку 4. Удаление сухих частиц, образовавшихся в результате тепломассообмена осуществляется при снятии крышки 7, и соответственно, пористого дна 6. В промышленных условиях готовый продукт удаляется через разгрузочный патрубок 14, соединенный с бункером 13.
Описываемая камера может быть использована в производственных условиях для безуносной сушки во взвешенном состоянии, что позволит исключить потери готового продукта. Использование данной камеры позволит предотвратить загрязнение атмосферы.
Работа форсунки осуществляется следующим образом.
Распылитель устанавливается в рабочее состояние в вертикальном положении. При подаче жидкости в корпус под действием перепада давления 0,4…0,8 МПа в каналах 31 и 32 образуются встречные потоки жидкости, устремляющиеся к выходным отверстиям жиклеров, образованных этими каналами.
После столкновения потоков жидкости в каналах 31 и 32, и истечения через выходные отверстия жиклеров происходит образование веерообразного газожидкостного потока в виде пелены, т.е. реализуется механизм дробления капель жидкости, но генерируемый пеленообразный поток отклоняется от горизонтальной плоскости на больший угол, в диапазоне от 45 до 60°, в направлении к центральной области орошаемой поверхности, расположенной непосредственно под жиклером 30 в глухой перегородке 25 распылителя. Такое распределение распыляемой жидкости позволяет повысить равномерность распыления жидкости над центральной частью орошаемой поверхности.