камера для проведения тепломассообмена между диспергированными частицами и газообразной средой

Формула изобретения

Камера для проведения тепломассообмена между диспергированными частицами и газообразной средой, содержащая 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, отличающаяся тем, что корпус форсунки выполнен с каналом для подвода жидкости и содержит соосную, жестко связанную с ним втулку, с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с центральным сердечником, состоящим из цилиндрической части, и соосным с ней полым конусом, установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, а кольцевой зазор соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени, причем кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода жидкости, а к конусу, в его нижней части, жестко прикреплен с помощью винта распылитель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора между соплом и полым конусом, при этом на боковой поверхности конуса выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий, с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, а в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три отверстия, причем оси дроссельных отверстий одного ряда смещены относительно осей дроссельных отверстий другого ряда на угол, лежащий в диапазоне 15°÷60°, а на внутренних поверхностях цилиндрических дроссельных отверстий, выполненных на боковой поверхности конуса с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, имеются винтовые канавки.

Описание изобретения к патенту

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 № 2334181, F26B 3/12, предназначенная для проведения тепломассообмена между жидкими или твердыми частицами и газообразным агентом, выполненная 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, отличающаяся тем, что корпус форсунки выполнен с каналом для подвода жидкости и содержит соосную, жестко связанную с ним втулку, с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с центральным сердечником, состоящим из цилиндрической части, и соосным с ней полым конусом, установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, а кольцевой зазор соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени, причем кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода жидкости, а к конусу, в его нижней части, жестко прикреплен с помощью винта распылитель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора между соплом и полым конусом, при этом на боковой поверхности конуса выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий, с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, а в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три отверстия, причем оси дроссельных отверстий одного ряда смещены относительно осей дроссельных отверстий другого ряда на угол, лежащий в диапазоне 15°÷60°, а на внутренних поверхностях цилиндрических дроссельных отверстий, выполненных на боковой поверхности конуса с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, имеются винтовые канавки.

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 осуществляться 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. Для 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 цилиндрический полый корпус 21 с каналом 23 для подвода жидкости и соосную, жестко связанную с корпусом втулку 22 с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки 24, верхняя цилиндрическая ступень 26 которой соединена посредством резьбового соединения с центральным сердечником, состоящим из цилиндрической части 27, и соосным с ней полым конусом 28, установленным с кольцевым зазором 29 относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки 24. Кольцевой зазор 29 соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами 25, выполненными в двухступенчатой втулке 24, соединяющими его с кольцевой полостью 34, образованной внутренней поверхностью втулки 22 и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени 6, причем кольцевая полость 34 связана с каналом 23 корпуса 21 для подвода жидкости.

К конусу 28, в его нижней части, жестко прикреплен с помощью винта 33 распылитель 32, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 29 между соплом и полым конусом 28. На боковой поверхности конуса 8 выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий 30 и 31, с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, а в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три отверстия. При этом оси дроссельных отверстий одного ряда смещены относительно осей дроссельных отверстий другого ряда на угол, лежащий в диапазоне 15°÷60°. На внутренних поверхностях цилиндрических дроссельных отверстий 30 и 31, выполненных на боковой поверхности конуса 28 с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, имеются винтовые канавки, которые способствуют более интенсивному распыливанию 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.

Жидкость под давлением подается в полость корпуса форсунки 21 и затем поступает по двум направлениям: первое - в кольцевую полость 34 через радиальные каналы 25 в кольцевой зазор 29 между соплом и центральным сердечником. При давлениях на входе более 0,2 МПа жидкость разгоняется на внешней конусной поверхности конуса 28 с образованием пленки жидкости, которая не отрывается от его внешней поверхности. Разгон жидкости на конической поверхности сопровождается понижением в ней статического давления и в результате этого парообразованием и выделением растворимых газов. Это явление дополнительно подготавливает жидкость к дроблению на мелкие капли. При достижении жидкостного потока встречных потоков, истекающих из цилиндрических дроссельных отверстий 10 и 11, происходит многократное дробление пленки с образованием мелкодисперсной фазы.

Второе направление, по которому поступает жидкость - через канал 23 для подвода жидкости в полость центрального сердечника, а затем в полый конус 28, из которого часть жидкости истекает через радиальные отверстия 30 и 31, при этом происходит многократное дробление капельных потоков жидкости, истекающих из дроссельных отверстий.

Наличие газовых включений в жидкости дополнительно возмущает ее поверхность, что приводит к волнообразованию и объемному дроблению жидкостной пленки. Потери механической энергии при внешнем разгоне (по внешней конической поверхности) уменьшаются по сравнению с таким же разгоном в закрытом канале.

Наличие газовых включений в жидкости дополнительно возмущает ее поверхность, что приводит к волнообразованию и объемному дроблению жидкостной пленки. Потери механической энергии при внешнем разгоне (по внешней конической поверхности) уменьшаются по сравнению с таким же разгоном в закрытом канале.