Вихревой аппарат для проведения тепломассообменных процессов в поле центробежных сил

01 8/14 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ВИХРЕВОЙ АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОЛЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ(71) Заявитель Институт радиоэкологических проблем Академии наук Беларуси (ИРЭП АНБ)(73) Патентообладатель Институт радиоэкологических проблем Академии наук Беларуси(57) Вихревой аппарат для проведения тепломассообменных процессов в поле центробежных сил, включающий цилиндрический корпус, боковая стенка которого снабжена тангенциальными патрубками для подвода и отвода рабочей среды, а торцевые стенки - осевыми патрубками для отвода пара, причем аппарат разделен поперечной перегородкой с центральным отверстием на входную и выходную камеры, первая из которых имеет форму диффузора по ходу рабочей среды и снабжена установленным с образованием кольцевого зазора цилиндрическим направляющим аппаратом с тангенциальными каналами, ориентированными в ту же сторону, что и патрубок подвода, отличающийся тем, что входная камера снабжена дополнительным цилиндрическим направляющим аппаратом, наружный диаметр которого не превышает половины внутреннего диаметра основного аппарата, а его внутренний диаметр выполнен большим диаметра центрального отверстия перегородки, при этом основной аппарат подключен к отрицательному, а дополнительный - к положительному полюсам источника питания, а между ними размещены токопроводящие гранулы, при этом снаружи корпуса в зоне входной камеры установлен индукционный нагреватель. 1928 1 Изобретение относится к вихревым устройствам для проведения тепломассообменных процессов в системах жидкость-пар, твердое тело-жидкость или газ и может быть использовано для очистки жидких сред. Область применения изобретения химическая, энергетическая, металлургическая промышленности. Известен вихревой аппарат для проведения тепломассообменных процессов в поле центробежных сил,включающий цилиндрический корпус, боковая стенка которого снабжена тангенциальными патрубками для подвода и отвода рабочей среды, а торцевые стенки - осевыми патрубками для отвода пара, причем аппарат разделен поперечной перегородкой с центральным отверстием на входную и выходную камеры 1. Хотя данное устройство и очищает жидкую среду от солей и твердых примесей, оно не обеспечивает эффективную чистку среды от растворенных в ней примесей, таких как тяжелые металлы, органические соединения, поверхностно активные вещества. Известно парогенерирующее устройство, представляющее аппарат для проведения процессов теплообмена в поле центробежных сил, содержащее цилиндрический корпус, разделенный поперечной перегородкой с центральным отверстием на входную и выходную камеры, выполненные в форме диффузора по ходу рабочей среды, при этом входная камера ограничена цилиндрическим направляющим аппаратом с тангенциальными щелями, а подводящий и отводящий патрубки установлены тангенциально в боковой стенке корпуса и в торцевых крышках выполнены отверстия для отвода среды 2. Недостатком данного вихревого аппарата является низкая степень очистки среды вследствие низких коэффициентов очистки от органических примесей, поверхностно активных веществ, а также повышенный расход энергии из-за внешнего нагрева очищаемой жидкой среды. Задачей изобретения является повышение степени очистки и снижение расхода энергии. В вихревом аппарате для проведения тепломассообменных процессов в поле центробежных сил, содержащем цилиндрический корпус, боковая стенка которого снабжена тангенциальными патрубками для подвода и отвода рабочей среды, а торцевые стенки - осевыми патрубками для отвода пара, причем корпус разделен поперечной перегородкой с центральным отверстием на входную и выходную камеры, первая из которых имеет форму диффузора по ходу рабочей среды и снабжена установленным с образованием кольцевого зазора цилиндрическим направляющим аппаратом с тангенциальными каналами, поставленная задача достигается тем, что входная камера снабжена дополнительным цилиндрическим направляющим аппаратом, наружный диаметр которого не превышает половины внутреннего диаметра основного аппарата,а его внутренний диаметр выполнен большим диаметра центрального отверстия перегородки, при этом основной аппарат подключен к отрицательному, а дополнительный - к положительному полюсам источника питания, а между ними размещены токопроводящие гранулы, при этом снаружи корпуса в зоне входной камеры установлен индукционный нагреватель. На фиг.1 схематично изображен вихревой аппарат для проведения тепломассообменных процессов в поле центробежных сил, на фиг.2 представлен разрез А-А фиг.1. Вихревой аппарат для проведения тепломассообменных процессов в поле центробежных сил содержит корпус 1, в боковой стенке которого закреплены тангенциальные патрубки 2 и 3 соответственно подвода и отвода среды, а также торцевые стенки 4 и 5, в которых закреплены осевые патрубки 6 и 7. Корпус разделен поперечной перегородкой 8 с центральным отверстием 9 на входную 10 и выходную 11 камеры. Во входную камеру соосно встроены тангенциальные направляющие аппарата 12 и 13, изолированные от корпуса и соединенные соответственно с отрицательным и положительным электродами источника питания 14. Во входной камере 10 между направляющими аппаратами 12 и 13 находятся токопроводящие гранулы 15. На входную камеру 10 надета обмотка индукционного нагревателя 16. Наружный диаметр тангенциального направляющего аппарата 13 не превышает половины внутреннего диаметра направляющего аппарата 12, а диаметр центрального отверстия 9 меньше внутреннего диаметра направляющего аппарата 12. Вихревой аппарат для проведения тепломассообменных процессов в поле центробежных сил работает следующим образом. Очищаемая среда подается через тангенциальный патрубок 2 в раздаточный ресивер корпуса 1 и, проходя через тангенциальные щели направляющего аппарата - катода 12, закручивается во входной камере 10, образуя в объеме камеры, ограниченном направляющими аппаратами 12 и 13 и торцевыми стенками 4 и 5, центробежный кипящий слой токопроводящих гранул 15. Благодаря увеличивающемуся расстоянию между торцевыми стенками 4 и 5 к оси корпуса 1, гранулы 15 удерживаются в объеме камеры центробежными силами. Диаметр внутренней границы центробежного кипящего слоя гранул 15 не превышает половины внутреннего диаметра направляющего аппарата 12, поэтому анод - направляющий аппарат 13 имеет наружный диаметр, не превышающий половины внутреннего диаметра направляющего аппарата 12 для того, чтобы исключить его взаимодействие с вращающимися гранулами 15. Объемная концентрация гранул 15 в состоянии центробежного кипящего слоя составляет 0,5 и не изменяется с ростом расхода среды через слой. Это повышает поверхность катода - направляющего аппарата 12,что позволяет пропускать через слой токи большой плотности и обеспечивает эффективное извлечение металлов из среды, которые гальванически осаждаются на гранулах 15. Кроме того, в объеме кипящего слоя гранул 15 2 1928 1 происходит электролиз воды, в результате чего образуется кислород, который окисляет органические примеси. Взаимодействие гранул 15 друг с другом вызывает множественное искрение в кипящем слое и образование озона, который окисляет поверхностно активные вещества. Таким образом, в кипящем слое гранул 15 осуществляется процесс очистки среды от металлов, органики, поверхностно активных веществ. Индукционный нагреватель 16, надетый снаружи на входную камеру 10, нагревает среду в ней благодаря индукционным токам в токопроводящих гранулах. Нагретая среда проходит через тангенциальные щели направляющего аппарата 13 и вновь закручивается за ним. Вихревой поток среды стремится через центральное отверстие 9 в поперечной перегородке 8 попасть в выходную камеру 11 корпуса 1, при этом уменьшается радиус вращения среды. В результате этого кружная скорость среды возрастает вследствие закона сохранения момента количества движения и неразрывности, а давление в ней падает в соответствии с уравнением Бернулли. На определенном диаметре закрутки давление среды во входной камере 10 становится равным давлению насыщения при данной температуре, а на меньших диаметрах - меньше давления насыщения, и среда вскипает. Под действием возникающего в результате вращения среды градиента давления по радиусу пузырьки пара выталкиваются к оси корпуса и собираются в центральной паровой лопасти, из которой пар отводится через осевые патрубки 6 и 7. Пар, выходящий из аппарата, хотя и насыщенный, но сухой благодаря эффекту центробежной сепарации. Граница между жидкой и паровой фазами вращается с большой скоростью и капли жидкости, выносимые паровыми пузырьками из кипящего объема, отбрасываются центробежными силами назад в кипящий объем. Этот эффект обеспечивает высокий коэффициент очистки среды от примесей и высокое качество ректификации. Нагрев среды непосредственно во входной камере 10 снижает затраты энергии на очистку по сравнению с внешним нагревом среды. Неиспарившийся вращающийся остаток среды через центральное отверстие 9 в поперечной перегородке 8 попадает в выходную камеру 11 корпуса, где, вращаясь, движется от оси последней к периферии, восстанавливает давление и выходит через тангенциальный патрубок 3. Таким образом, вихревой аппарат для проведения тепломассообменных процессов в поле центробежных сил обеспечивает глубокую очистку конденсированных сред от металлов, органики, поверхностно активных веществ и растворенных веществ, при этом на 20-30 снижается расход энергии. 2 оставитель М.Ф.Денисенко Редактор В.Н. Позняк Корректор Т.Н. Никитина Заказ 0908 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.