RU2093260C1

RU2093260C1 - Method for conduction of physico-chemical processes

Info

Publication number: RU2093260C1
Authority: RU
Inventors: Игорь Анатольевич Левин
Original assignee: Игорь Анатольевич Левин
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1997-10-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; may be used in chemical and food industries and in medicine. SUBSTANCE: method involves treatment of layer of handled material with pulses of mechanical energy with pulse length of I0^-5- I0^-2 s and interval duration-to-pulse length ratio equals to 10-I0³. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к проведению циклических или непрерывных физико-химических процессов, например тепло- и массообмена жидких смесей, суспензий, а также смешения и одновременного дробления твердых сыпучих материалов, и может быть использовано в химической, пищевой и медицинской промышленностях. The invention relates to cyclic or continuous physical and chemical processes, for example, heat and mass transfer of liquid mixtures, suspensions, as well as mixing and simultaneous crushing of solid bulk materials, and can be used in the chemical, food and medical industries.

Известен способ проведения тепло- и массообменных процессов жидких или сыпучих твердых веществ с помощью вибрации, которая заключается в передаче связующих звеньев привода на движение частиц среды /см. книгу К.В.Фролова "Вибрация друг или враг". Наука. М. 1984 г. с. 75, 105/. С помощью такой вибрации проведение процесса не обладает высокой интенсификацией, т.к. для больших амплитуд движений частиц требуются большие затраты энергии и времени. Такой способ требует громоздкого и дорогого оборудования на обеспечение работы вибрирующих органов. There is a method of conducting heat and mass transfer processes of liquid or bulk solids using vibration, which consists in transferring the drive links to the movement of particles of the medium / see book of K.V. Frolov "Vibration friend or foe." The science. M. 1984, p. 75, 105 /. With the help of such vibration, the process does not have high intensification, because large amplitudes of particle motion require large expenditures of energy and time. This method requires bulky and expensive equipment to ensure the operation of vibrating organs.

Известно проведение физико-химических процессов, при котором для повышения интенсификации турбулизацию среды осуществляют перемешиванием за счет вращения исполнительного элемента электромагнитного привода /см. авт. св. N 1378907, B 01 F, 11/00, 1988 г./
Недостатком прототипа является необходимость в больших затратах энергии для обеспечения требуемой интенсивности проведения процесса и компенсации потерь при передаче энергии на элементы привода.It is known to carry out physicochemical processes in which, to increase the intensification, turbulization of the medium is carried out by mixing due to the rotation of the actuating element of the electromagnetic drive / cm. author St. N 1378907, B 01 F, 11/00, 1988 /
The disadvantage of the prototype is the need for high energy costs to ensure the required intensity of the process and compensation for losses in the transfer of energy to the drive elements.

Целью изобретения является повышение интенсификации процесса и снижение энергозатрат. The aim of the invention is to increase the intensification of the process and reduce energy consumption.

Указанная цель достигается тем, что турбулизацию потока среды, помещенной в емкость, осуществляют путем преобразования импульсов электромагнитного поля, созданного при включении токопроводящего элемента, расположенного снаружи емкости вблизи одной из ее поверхностей, намотанного на диэлектрический каркас и соединенного с накопительным конденсатором, в механические силы деформации указанной поверхности с созданием фонтанирующего потока, контактирующего с этой поверхностью. This goal is achieved in that the turbulization of the flow of the medium placed in the tank is carried out by converting the pulses of the electromagnetic field created when the conductive element is located, located outside the tank near one of its surfaces, wound on a dielectric frame and connected to a storage capacitor, into mechanical deformation forces the specified surface with the creation of a gushing stream in contact with this surface.

Воздействие электромагнитной силы преобразования движения элементов привода в колебания частиц среды известно /см. прототип/, однако применение преобразования импульсов электромагнитного поля в механические силы деформации поверхности емкости для обеспечения движения частиц среды при проведении физико-химических процессов является существенным отличительным признаком, т.к. обеспечивает турбулизацию среды за счет создания фонтанирующего потока, контактирующего с деформируемой поверхностью, что является новым свойством. Такая турбулизация повышает интенсификацию процесса и снижает затраты энергии за счет импульсно-волнового воздействия, что является новым положительным эффектом. В результате предложенное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". The influence of the electromagnetic force of the transformation of the motion of the drive elements into the vibrations of the particles of the medium is known / see prototype /, however, the application of the conversion of electromagnetic field pulses to the mechanical forces of the surface deformation of the tank to ensure the movement of particles of the medium during the physical and chemical processes is an essential distinguishing feature, because provides turbulization of the medium by creating a gushing flow in contact with the deformable surface, which is a new property. Such turbulization increases the intensification of the process and reduces energy costs due to the pulse-wave effect, which is a new positive effect. As a result, the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 представлен общий вид устройства, на фиг. 2 электрическая схема. In FIG. 1 shows a general view of the device, FIG. 2 electric circuit.

Предложенный способ заключается в том, что турбулизацию среды, помещенной в емкость, осуществляют путем создания ударных волн фонтанирующего потока, контактирующего с поверхностью ее за счет деформации, полученной в результате преобразования импульсов электромагнитного поля, созданного при включении токопроводящего элемента, установленного вне емкости вблизи одной из ее поверхностей, намотанного на диэлектрический каркас и соединенного с конденсатором, в механические силы, перпендикулярно направленные к этой поверхности. Опытным путем установлена необходимая длительность импульса, составляющая 10^-5-10^-2 сек; отношение требуемой для проведения процесса длительности паузы между импульсами к длительности импульса равно 10-10³.The proposed method consists in the fact that the turbulence of the medium placed in the tank is carried out by creating shock waves of a gushing stream in contact with its surface due to deformation resulting from the conversion of electromagnetic field pulses created when a conductive element installed outside the tank near one of its surfaces, wound on a dielectric frame and connected to a capacitor, in mechanical forces perpendicular to this surface. The necessary pulse duration, which is 10 ^-5 -10 ^-2 sec; the ratio of the pause duration between pulses required for the process to the pulse duration is 10-10 ³ .

Примером осуществления способа является устройство, состоящее из емкости 1, заполненной жидкой средой или твердым сыпучим материалом, вблизи одной из сторон которой /поверхности дна/ установлен импульсно-волновой излучатель 2, содержащий токопроводящий элемент 3, намотанный на диэлектрический каркас 4. Токопроводящий элемент 3 соединен через управляемый полупроводниковый ключ тиристора 7 с электрозарядным накопителем энергии 8, содержащим накопительный конденсатор 9 и элементы его зарядки, трансформатор 10 и выпрямитель 11. Тиристор 7 соединен с блоком управления 12. Накопитель энергии 8 соединен с электросетью через выключатель 13. Излучатель 2 /их может быть несколько, как показано на фиг. 2/ установлен с помощью болтов 5 на диэлектрическом кронштейне 6. An example of the method is a device consisting of a container 1 filled with a liquid medium or solid granular material, near one side of which / the bottom surface / is installed a pulse-wave emitter 2 containing a conductive element 3, wound on a dielectric frame 4. The conductive element 3 is connected through a controlled semiconductor key of a thyristor 7 with an electric charging energy storage device 8 containing a storage capacitor 9 and its charging elements, a transformer 10 and a rectifier 11. Thyristor 7 is connected nen to the control unit 12. The energy accumulator 8 is connected to the mains via the switch 13. The emitter 2 / there may be several, as shown in FIG. 2 / mounted using bolts 5 on the dielectric bracket 6.

Устройство работает следующим образом. При включении выключателя 13 при помощи элементов 10 и 11 происходит заряд конденсатора 9. По команде блока управления 12 тиристор 7 открывается и происходит разряд конденсатора 9 на соленоид 3. Разряд тока, проходя по соленоиду 3, вызывает вблизи него импульсы электромагнитного поля. Импульсы электромагнитного поля вызывают в металлической конструкции, расположенной рядом с соленоидом 3, вторичный ток. Взаимодействие первичного и вторичного тока возбуждает импульсную силовую деформацию конструкции. The device operates as follows. When the switch 13 is turned on using the elements 10 and 11, the capacitor 9 is charged. At the command of the control unit 12, the thyristor 7 opens and the capacitor 9 is discharged to the solenoid 3. The current discharge passing through the solenoid 3 causes electromagnetic field pulses near it. The pulses of the electromagnetic field cause a secondary current in the metal structure located next to the solenoid 3. The interaction of the primary and secondary current excites pulsed force deformation of the structure.

Устройство работает в импульсном режиме. Длительность импульса определяется временем существования и взаимодействия тока в обмотке индуктора и наведенного тока в стенках поверхности и может регулироваться временем разряда конденсатора. От длительности импульса зависит амплитуда импульса /мощность импульса/. Оптимальная длительность импульса, установленная опытным путем, равна 10^-5-10^-2.The device operates in a pulsed mode. The pulse duration is determined by the time of existence and interaction of the current in the inductor winding and the induced current in the surface walls and can be controlled by the discharge time of the capacitor. The pulse amplitude / pulse power / depends on the pulse duration. The optimal pulse duration, established empirically, is 10 ^-5 -10 ^-2 .

С целью снижения средней потребляемой мощности желательно длительность паузы иметь возможно большей. Исходя из этого длительность паузы должна быть в 100-1000 раз больше длительности импульса. Меньшая длительность паузы энергетически невыгодна, т.к. происходит накопление энергии, расходуемой на последующий импульс. In order to reduce the average power consumption, it is desirable to have a pause duration as long as possible. Based on this, the pause duration should be 100-1000 times longer than the pulse duration. A shorter pause time is energetically disadvantageous, because there is an accumulation of energy spent on the next impulse.

Предложенный способ обеспечивает повышение интенсификации процесса во много раз за счет использования импульсного воздействия выстрела фонтанирующего потока. Испытания показали, что с помощью импульсно-волнового излучателя, воздействующего на массу весом 0,5 кг, скорость частиц достигала 25-30 м/сек, в то время как в прототипе скорость частиц достигала 0,5 м/сек. The proposed method provides an increase in the intensification of the process many times due to the use of the pulse effect of a shot of a flowing stream. Tests showed that using a pulse-wave emitter acting on a mass weighing 0.5 kg, the particle velocity reached 25-30 m / s, while in the prototype the particle velocity reached 0.5 m / s.

Что касается экономии энергии, то в случае работы электромагнитного привода прототипа расход энергии E=2000 Дж, в то время как для турбулизации потока предложенным способом требуются затраты энергии E=200 Дж, т.е. меньше в 10 раз. As for energy saving, in the case of the electromagnetic drive of the prototype, the energy consumption is E = 2000 J, while for the turbulization of the flow by the proposed method, the energy consumption is E = 200 J, i.e. 10 times less.

Claims

A method for carrying out physicochemical processes in a gushing layer, in which mechanical energy pulses are applied to the material layer to be processed, characterized in that, in order to intensify the process and reduce energy consumption, the pulse duration is 10 ^-5 10 ^-2 s, and the ratio of the pause duration to pulse duration is 10 10 ³ .