RU2343377C1

RU2343377C1 - Chamber for heat and mass exchange between disperse particles and gas medium

Info

Publication number: RU2343377C1
Application number: RU2007123318/06A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов (RU); Олег Савельевич Кочетов; Мари Владимировна Голубева (RU); Мария Владимировна Голубева; Лиди Владимировна Колаева (RU); Лидия Владимировна Колаева; Екатерина Олеговна Боброва (RU); Екатерина Олеговна Боброва; Елена Владимировна Духанина (RU); Елена Владимировна Духанина; Надежда Игоревна Горнушкина (RU); Надежда Игоревна Горнушкина; Дарь Олеговна Павлова (RU); Дарья Олеговна Павлова
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов; Мария Владимировна Голубева
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2009-01-10

Abstract

FIELD: heating, drying.

SUBSTANCE: invention relates to drying technique and, particularly, to devices for heat and mass exchange processes, mainly, drying in suspended state and may be used in chemical, food and other related industries. The chamber for heat and mass exchange between disperse particles and gas medium includes a housing with lid, vessel with porous walls installed concentrically to the housing, injectors located inside the vessel and exhauster for exhaust coolant bleeding. The exhauster is represented with rotary hollow and porous cylinder provided with drive. Lattices are fastened inside the vessel. Inert support layer is put between lattices. To increase inert support effectiveness, at least two rods are fastened to the rotary hollow and porous cylinder. The rods axes are parallel to cylinder axis and at equal distance from it. Additional rods are attached to each above rod at 45…90° angle. They intensify heat and mass exchange between coolant and disperse particles. The injector is made acoustic in the shape of housing with ultrasonic vibration generator represented with nozzle and annual resonant chamber. The housing is realised as vertical cylindrical bushing having pipe for dispersed agent supply installed in the upper part. The pipe for liquid supply is located perpendicular to the above pipe. In addition, the bushing with top and bottom flanges is rigidly fastened inside the housing and in axial alignment to it. The bottom flange is rigidly fixed in the groove made in the housing. Annular resonant chamber represented with the cup with coned surface is installed coaxially inside the bushing. The cup is molded on resonator rod having d diameter. The tailpiece of resonant chamber includes locking discs represented with elastic lobes interacting with the internal surface of bushing. At least, one nozzle is positioned in bottom flange at an angle to resonant chamber axis. The value of angle varies from 20° to 40°. The nozzle axis is continued on the circle being in the middle part of cone-shaped surface. Coaxial cone-shaped and cylindrical openings are made on the internal surface of bushing.

EFFECT: improvement of drying effectiveness.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для осуществления тепломассообменных процессов, преимущественно сушки во взвешенном состоянии.The invention relates to devices for carrying out heat and mass transfer processes, mainly drying in suspension.

Наиболее близким к заявленному объекту по технической сущности является камера по а.с. СССР №840629, F26B 3/12, 1979 г. 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).The closest to the claimed object in technical essence is a camera on.with. USSR No. 840629, F26B 3/12, 1979 for heat and mass transfer between liquid or solid particles and a gaseous agent, made in the form of a closed vessel of cylindrical shape of variable volume with porous walls and sprays (prototype).

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.However, the use of a cylindrical vessel of variable volume does not allow the known design to carry out heat and mass transfer of droplets while continuously removing heat carrier from the chamber, which sharply limits its productivity and, accordingly, excludes the possibility of using heat and mass transfer under industrial conditions during spray drying.

Технический результат - повышение производительности путем непрерывного отвода отработавшего теплоносителя.EFFECT: increased productivity by continuous removal of spent heat carrier.

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 в виде вращающегося полого пористого цилиндра, снабженного приводом, внутри сосуда закреплены решетки, между которыми насыпан слой инертного носителя, 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 диспергированными частицами, а форсунка выполнена акустической в виде корпуса с размещенным внутри генератором ультразвуковых колебаний в виде сопла и кольцевого объемного резонатора, причем корпус выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка для подвода распыливающего агента, перпендикулярно ее оси расположена трубка для подвода жидкости, при этом внутри корпуса, соосно ему жестко закреплена втулка с фланцами: верхним и нижним, причем нижний фланец жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе, а внутри втулки, соосно ей расположен кольцевой объемный резонатор, выполненный в виде чашки с конической поверхностью, при этом чашка запрессована на стержне диаметром d резонатора, а в его хвостовой части расположены фиксирующие диски, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки, причем в нижнем фланце расположено, по крайней мере, одно сопло под углом к оси резонатора, величина которого лежит в следующем интервале величин: 20°÷40°, при этом продолжение оси сопла лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности, а на внутренней поверхности втулки выполнены соосные коническое и цилиндрическое отверстия.This is achieved by the fact that in the chamber for conducting heat and mass transfer between dispersed particles and a gaseous medium containing a housing with a cover, a vessel with porous walls placed concentrically to it, located inside the vessel of the nozzle and a device for selecting the spent heat carrier in the form of a rotating hollow porous cylinder equipped with drive, lattices are fixed inside the vessel, between which a layer of inert carrier is poured, while to increase the efficiency of the inert carrier at least two rods are attached to the hollow porous cylinder, the axes of which are parallel to the axis of the cylinder and are at the same distance from its axis, and additional rods are attached to each of the rods at an angle of 45 ... 90 °, which make it possible to intensify heat and mass transfer between the coolant and dispersed particles and the nozzle is made acoustic in the form of a housing with an ultrasonic oscillation generator located inside it in the form of a nozzle and an annular volume resonator, the housing being made in the form of a vertically arranged a female cylindrical sleeve, in the upper part of which there is a tube for supplying a spraying agent, a tube for supplying a liquid is perpendicular to its axis, while inside the body, a sleeve with flanges: upper and lower is rigidly fixed to it, and the lower flange is rigidly fixed in the groove made an annular volume resonator arranged in the form of a cup with a conical surface coaxially located in the housing, and inside the sleeve, the cup is pressed onto a rod with a diameter d of the resonator, and in its tail hour These are fixing discs made in the form of elastic petals interacting with the inner surface of the sleeve, and at least one nozzle is located in the lower flange at an angle to the resonator axis, the value of which lies in the following range of values: 20 ° ÷ 40 °, this extension of the axis of the nozzle lies on a circle located in the middle of the conical surface, and coaxial conical and cylindrical holes are made on the inner surface of the sleeve.

На фиг.1 представлена схема предложенной камеры, на фиг.2 - схема пневматической акустической форсунки.Figure 1 presents a diagram of the proposed camera, figure 2 is a diagram of a pneumatic acoustic nozzle.

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. Распыление жидкости в объем сосуда 2 осуществляется при помощи пневматической акустической форсунки 5. В зависимости от производительности камеры в промышленных условиях распыление жидкости может осуществляться несколькими 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 диспергированными частицами.A vessel 2 with porous walls is coaxially located in the housing 1, forming a free space for uniform passage of the coolant into the vessel 2. The housing 1 and the vessel 2 are cylindrical. The coolant is supplied and removed through nozzles 3 and 4. Spraying the liquid into the volume of the vessel 2 is carried out using a pneumatic acoustic nozzle 5. Depending on the performance of the chamber in an industrial environment, the liquid can be sprayed with several nozzles 5, evenly distributed over the entire cross section of the vessel 2. Removal dry product is carried out by opening the porous bottom 6, mounted in the lower part of the vessel 2 using the cover 7. To remove the coolant from the volume of the vessel 2 is provided n porous hollow rotating cylinder 8, with perforated (porous) grating 19 on the bottom. The cylinder 8 is connected via a shaft 9 to the drive 10. The cylinder 8 is half the length of its working surface outside the housing 1, i.e. its parts located inside the vessel 2 and in the cavity 11 between the upper wall of the housing 1 and the upper cover 12 are equal. This allows you to reduce hydraulic losses during the removal of the coolant. Removal of the finished product is carried out from the hopper 13 connected to the discharge pipe 14. Inside the vessel 2, lattices 15 and 16 are fixed, between which a layer of inert carrier 20 is poured, which increases the efficiency of heat and mass transfer. To increase the efficiency of the inert carrier 20, at least two rods 17 are attached to the rotating hollow porous cylinder 8, the axes of which are parallel to the axis of the cylinder 8 and are at the same distance from its axis. Additional rods 18 are attached to each of the rods 17 at an angle of 45 ... 90 °, which makes it possible to intensify heat and mass transfer between the coolant and dispersed particles.

Акустическая форсунка (фиг.2) содержит корпус 21 с размещенным внутри генератором ультразвуковых колебаний в виде сопла 23 и кольцевого объемного резонатора 25. Корпус 21 выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка 27 для подвода распыливающего агента, например воздуха, а перпендикулярно ее оси расположена трубка 28 для подвода жидкости. Внутри корпуса 21, соосно ему жестко закреплена втулка 34 с фланцами: верхним 22 и нижним 26,причем нижний фланец 26 жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе 21. Внутри втулки 34, соосно ей расположен кольцевой объемный резонатор 25, выполненный в виде чашки 29 с конической поверхностью 31.The acoustic nozzle (figure 2) contains a housing 21 with an ultrasonic oscillator located inside the nozzle 23 and an annular cavity resonator 25. The housing 21 is made in the form of a vertically arranged cylindrical sleeve, in the upper part of which there is a tube 27 for supplying a spraying agent, such as air and perpendicular to its axis is a tube 28 for supplying fluid. Inside the housing 21, a sleeve 34 with flanges: upper 22 and lower 26 is coaxially fixed to it, and the lower flange 26 is rigidly fixed in the groove made in the housing 21. Inside the sleeve 34, an annular volume resonator 25 made in the form of a cup 29 is aligned with it with a conical surface 31.

Чашка 29 запрессована на стержне 24 диаметром d резонатора, а в его хвостовой части расположены фиксирующие диски 32 и 33, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки 34. В нижнем фланце 26 расположено, по крайней мере, одно сопло 30 под углом к оси резонатора 25, величина которого лежит в следующем интервале величин: 20°÷40°, причем продолжение оси сопла 30 лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности 31. На внутренней поверхности втулки 34 выполнены соосные коническое 35 и цилиндрическое 36 отверстия.The cup 29 is pressed onto the rod 24 with a diameter d of the resonator, and in its rear part there are fixing discs 32 and 33 made in the form of elastic petals interacting with the inner surface of the sleeve 34. At least one nozzle 30 is located at an angle in the lower flange 26 to the axis of the resonator 25, the value of which lies in the following range of values: 20 ° ÷ 40 °, and the continuation of the axis of the nozzle 30 lies on a circle located in the middle of the conical surface 31. Coaxial conical 35 and cylinders are made on the inner surface of the sleeve 34 eskoe 36 holes.

Для оптимальной работы форсунки должны соблюдаться следующие соотношения ее параметров:For optimal operation of the nozzle, the following ratios of its parameters must be observed:

- отношение высоты h₁ кольцевого объемного резонатора 25 к расстоянию h между верхним основанием конической поверхности 31 и нижней торцевой поверхностью корпуса 21 лежит в оптимальном интервале величин: h₁/h=1÷3;- the ratio of the height h _{1 of the} annular cavity resonator 25 to the distance h between the upper base of the conical surface 31 and the lower end surface of the housing 21 lies in the optimal range of values: h ₁ / h = 1 ÷ 3;

- отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 29 резонатора 25 к диаметру d₂ его внешней цилиндрической поверхности лежит в оптимальном интервале величин: d₁/d₂=0,7÷0,9;- the ratio of the inner diameter d _{1 of the} cup 29 of the resonator 25 to the diameter d _{2 of} its outer cylindrical surface lies in the optimal range of values: d ₁ / d ₂ = 0.7 ÷ 0.9;

- отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 29 резонатора 25 к диаметру d его стержня лежит в оптимальном интервале величин: d₁/d=1÷3;- the ratio of the inner diameter d _{1 of the} cup 29 of the resonator 25 to the diameter d of its rod lies in the optimal range of values: d ₁ / d = 1 ÷ 3;

- отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 29 резонатора 25 к высоте h₁ кольцевого объемного резонатора лежит в оптимальном интервале величин: d₁/h₁=1÷2.- the ratio of the inner diameter d _{1 of the} cup 29 of the resonator 25 to the height h _{1 of the} annular volume resonator lies in the optimal range of values: d ₁ / h ₁ = 1 ÷ 2.

Камера работает следующим образом.The camera operates as follows.

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 форсунки 5. Оседание капель или частиц происходит на инертный носитель 20, при этом оседание их 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.The coolant with the specified temperature and humidity enters through the pipe 3 into the free space between the walls of the housing 1 and the vessel 2, as well as between the lid 7 and the porous bottom 6. Under the action of the pressure created, for example, by a fan, the coolant penetrates through the pores of the walls of the vessel 2 inside this vessel. Here, heat and mass transfer occurs between the coolant and droplets or particles continuously supplied by the nozzle 5. The dropping of particles or particles occurs on an inert carrier 20, while their settling on the walls of the vessel 2 is prevented by organized blowing of them from the walls by the coolant entering through the pores. Under the action of the aforementioned pressure, the coolant also passes through a layer of an inert carrier 20 located between the grids 15 and 16, as well as the pores of the rotating hollow porous cylinder 8, then enters its internal volume and then through the cavity 11 to the nozzle 4. Removing dry particles formed in as a result of heat and mass transfer, is carried out when removing the lid 7 and, accordingly, the porous bottom 6. Under industrial conditions, the finished product is removed through the discharge pipe 14 connected to the hopper 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.The described chamber can be used in a production environment for unbalanced drying in suspension, which will eliminate the loss of the finished product. Using this camera will prevent air pollution.

Акустическая форсунка для распыливания жидкостей работает следующим образом. Распыливающий агент, например воздух, подается по трубке 27, где встречает на своем пути кольцевой объемный резонатор 25. В результате прохождения распыливающего агента через резонатор 25 возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора. Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию жидкости, подаваемой через трубку 28 в сопло 30, откуда она попадает на окружность, находящуюся в средней части конической поверхности резонатора 25, затем дробится под воздействием акустических колебаний воздуха на мелкие капли, в результате чего образуется факел диспергированных частиц, корневой угол которого определяется величиной угла наклона конической поверхности 31 резонатора 25. В результате сушки получают тонкие порошки продуктов с влажностью до 0,8%.The acoustic nozzle for spraying liquids works as follows. The spraying agent, for example air, is supplied through a tube 27, where it encounters an annular volume resonator 25 in its path. As a result of the passage of the spraying agent through the resonator 25, pressure pulsations occur that create acoustic vibrations, the frequency of which depends on the parameters of the resonator. The acoustic vibrations of the spraying agent contribute to finer atomization of the liquid supplied through the tube 28 to the nozzle 30, from where it falls onto a circle located in the middle of the conical surface of the resonator 25, and then crumbles under the influence of acoustic air vibrations into small droplets, resulting in the formation of a dispersed plume particles, the root angle of which is determined by the angle of inclination of the conical surface 31 of the resonator 25. As a result of drying, fine powders of products with humidity d about 0.8%.

Claims

1. A chamber for conducting heat and mass transfer between dispersed particles and a gaseous medium, comprising a housing with a lid, a vessel with porous walls placed concentrically thereto, located inside the nozzle vessel and a device for selecting the spent heat carrier in the form of a rotating hollow porous cylinder equipped with a drive, characterized in that lattices are fixed inside the vessel, between which a layer of inert carrier is poured, while to increase the efficiency of the inert carrier to the rotating at least two rods are attached to the hollow porous cylinder, the axes of which are parallel to the axis of the cylinder and are at the same distance from its axis, and additional rods are attached to each of the rods at an angle of 45 ... 90 °, which make it possible to intensify heat and mass transfer between the coolant and dispersed particles and the nozzle is made acoustic in the form of a body with an ultrasonic oscillation generator located inside it in the form of a nozzle and an annular volume resonator, the body being made in the form of a vertically arranged a cylindrical sleeve, in the upper part of which there is a tube for supplying a spraying agent, a tube for supplying liquid is perpendicular to its axis, while a sleeve with flanges, upper and lower, is rigidly fixed coaxially to the axis of the sleeve, and the lower flange is rigidly fixed in the groove made in case, and inside the sleeve coaxially located it is an annular volume resonator made in the form of a cup with a conical surface, while the cup is pressed onto a rod with a diameter d of the resonator, and in its tail part fixing discs are made in the form of elastic petals interacting with the inner surface of the sleeve, and at least one nozzle is located in the lower flange at an angle to the axis of the resonator, the value of which lies in the following range of values: 20 ° ÷ 40 °, continuation of the axis of the nozzle lies on a circle located in the middle of the conical surface, and coaxial conical and cylindrical holes are made on the inner surface of the sleeve.

2. The chamber for conducting heat and mass transfer according to claim 1, characterized in that the ratio of the height h _{1 of the} annular volume resonator to the distance h between the upper base of the conical surface and the lower end surface of the housing lies in the optimal range of values: h ₁ / h = 1 ÷ 3; the ratio of the inner diameter d _{1 of the} resonator cup to the diameter d _{2 of} its outer cylindrical surface lies in the optimal range of values: d ₁ / d ₂ = 0.7 ÷ 0.9; the ratio of the inner diameter d _{1 of the} resonator cup to the diameter d of its core lies in the optimal range of values: d ₁ / d = 1 ÷ 3; the ratio of the inner diameter d _{1 of the} resonator cup to the height h _{1 of the} annular volume resonator lies in the optimal range of values: d ₁ / h ₁ = 1 ÷ 2.