ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к устройствам для осуществления различных физических и химических процессов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства: в пищевой, химической, фармацевтической, нефтехимической и сельском хозяйстве - для осуществления теплофизических процессов при переработке жидких, вязких, пастообразных, сыпучих материалов органического и минерального происхождения.

Известен тепломассообменный аппарат, содержащий вертикальный корпус, разделенный по высоте на секции, вал, на котором закреплены распределитель жидкости и контактные устройства, кольцевые сборники жидкости с переточными устройствами, направленными к оси аппарата, патрубки ввода и вывода газа и жидкости, при этом каждая секция выполнена в виде усеченных конусов, обращенных меньшим основанием вниз, а каждое контактное устройство выполнено из установленных горизонтально сетчатых дисков, сгруппированных в пачки по несколько дисков в каждой секции (см. МПК B01D 3/30 описание изобретения к патенту №2032442 Российской Федерации, опубл. 19.04.1995 г.).

Недостатком известного устройства является ограниченные технологические возможности, обусловленные использованием аппарата для жидких и газообразных веществ.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является тепломассообменный аппарат, содержащий корпус, выполненный в форме тела вращения на противоположных концах которого расположены устройства загрузки исходных веществ и выгрузки готового продукта, ротор, установленный по оси корпуса, лопасти, один конец которых прикреплен к ротору, а на другом, свободном конце выполнена дугообразная кромка, расположенная под углом к плоскости, перпендикулярной оси ротора, в непосредственной близости от внутренней поверхности корпуса, при этом лопасти смещены одна относительно другой по спирали на расстояние, при котором проекции их дугообразных кромок на ось ротора частично совмещены или расположены встык (см. MПК В01D 1/22 описание изобретения к патенту №2031687 Российской Федерации, опубл. 27.03.1995 г.) - ближайший аналог.

Недостатком известного устройства является низкое качество получаемого продукта, обусловленное:

- недостаточным смешиванием компонентов ввиду наличия застойных зон в аппарате, расположенных в местах соединения корпуса и крышки, в которых не происходит смешивания;

- ограничением поверхности теплообмена, что не позволяет проводить химические процессы с высоким тепловыделением;

- низким коэффициентом теплопередачи вследствие проведения теплообмена в ламинарном потоке.

Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение качества получаемого продукта.

Сущность технического решения заключается в том, что тепломассообменный аппарат, содержащий корпус, выполненный в форме тела вращения, основной ротор, установленный по оси корпуса, устройства для загрузки исходных веществ и выгрузки готового продукта, дополнительно содержит ротор, образующий с основным ротором кольцевые камеры смешивания и удержания реакционной массы, выполненные в виде попарно расположенных на основном и дополнительном роторе усеченных конусов, соединенных между собой цилиндрами, причем кольцевые камеры установлены в проточной емкости с хладагентом, при этом дополнительно содержит проточные емкости с хладагентом, расположенные на основном роторе.

Введение дополнительного ротора обеспечивает создание турбулентных потоков, в которых происходит смешивание исходных веществ и которые обеспечивают интенсивную теплоотдачу с поверхности теплообмена с одновременным обеспечением идеального смешивания веществ.

Создание кольцевой камеры позволяет уменьшить объем, в котором происходит процесс смешивания исходных веществ и удержания реакционной массы в режиме близком к идеальному, а также вести технологические процессы в режиме идеального вытеснения, при котором каждая входящая порция исходных веществ вытесняет равную по объему их порцию.

Установка кольцевых камер смешивания и удержания реакционной массы в проточной емкости с хладагентом позволяет увеличить интенсивность теплообмена при выполнении технологических операций и обеспечить требуемую температуру.

При снабжении аппарата дополнительными проточными емкостями, расположенными на основном роторе происходит повышение интенсивности теплообмена за счет увеличения его поверхности, что повышает качество готового продукта.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид тепломассообменного аппарата; на фиг.2 - с дополнительными проточными емкостями с хладагентом; на фиг.3 - изображен тепломассообменный аппарат с одной кольцевой камерой; на фиг.4 - сечение А-А фиг.2.

Тепломассообменный аппарат содержит корпус 1, выполненный в форме тела вращения, основной ротор 2, установленный по оси 3 корпуса 1, устройства 4 для загрузки исходных веществ и 5 выгрузки готового продукта дополнительно содержит ротор 6, образующий с основным ротором 2 кольцевые камеры 7 смешивания и удержания реакционной массы, выполненные в виде попарно расположенных усеченных конусов 8, 9, соединенных между собой цилиндрами 10, 11 основного ротора и усеченных конусов 12, 13, соединенных между собой цилиндрами 14, 15 дополнительного ротора. Поверхности усеченных конусов 8, 9 и цилиндров 10, 11 формируют наружную рабочую поверхность основного ротора, а поверхности усеченных конусов 12, 13 и цилиндров 14, 15 формируют внутреннюю рабочую поверхность дополнительного ротора. Пространство между рабочими поверхностями основного и дополнительного ротора образует кольцевые камеры 7 смешивания и удержания реакционной массы, которые установлены в проточной емкости 16 с хладагентом.

Тепломассообменный аппарат (см. фиг.2) дополнительно содержит проточные емкости 17 с хладагентом, расположенные на основном роторе 2. Для подвода хладагента к емкостям 17 на основном роторе используются отверстия 18, 19, выполненные в нем.

Основной ротор установлен в подшипниках 20, 21, а дополнительный ротор - в подшипниках 22, 23.

Количество кольцевых камер в тепломассообменном аппарате определяется исходя из необходимости выполнения требований технологического процесса и количеством необходимого конечного продукта. Например, при выполнении технологического процесса для получения небольшого количества конечного продукта или проведения экспериментальных исследований применяется одна кольцевая камера (см. фиг.3).

Устройство работает следующим образом. Посредством приводов (на чертеже не показаны) основного и дополнительного роторов происходит их вращение, которое может происходить или в одну сторону или в разные стороны. В результате чего в кольцевых камерах образуются скоростные турбулентные потоки, определяемые угловой скоростью вращения роторов. При вращении основного и дополнительного роторов в разные стороны турбулентность потоков достигает наибольших значений. Исходные вещества, а это могут быть жидкие, сыпучие, подаются устройством 4 для их загрузки, где они попадают в организованные турбулентные потоки, которые подхватывают их и постепенно эти потоки с исходными веществами перемещаются внутри первой кольцевой камеры, где происходит их первоначальное смешивание. При этом ввиду того, что наружная рабочая поверхность основного ротора и внутренняя рабочая поверхность дополнительного ротора образованы усеченными конусами, скорость турбулентных потоков с исходными веществами будет сначала увеличиваться за счет увеличения радиуса вращения (при расширении кольцевых камер) и уменьшаться при уменьшении радиуса вращения (при сужении кольцевых камер). Далее при поступлении очередной порции исходных веществ происходит постепенное их вытеснение в следующую камеру, в которой за счет турбулентных потоков происходит дальнейшее смешивание. Технологический процесс смешивания и удержания реакционной массы повторяется в последующих кольцевых камерах. В результате чего исходные вещества смешиваются, вступают во взаимодействие, которое может происходить с выделением тепла, отводящегося от рабочей поверхности кольцевых камер посредством хладагента подающегося в проточной емкости 16 и в проточные емкости 17.

По сравнению с известными устройствами предлагаемое изобретение обеспечивает повышение качества полученного продукта за счет организации технологических процессов смешивания и удержания реакционной массы в турбулентных потоках и эффективным отводом тепла.