WO2006068537A1 - Procede d'echange de chaleur-masse-energie et dispositif de mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Procede d'echange de chaleur-masse-energie et dispositif de mise en oeuvre de ce procede Download PDF

Info

Publication number
WO2006068537A1
WO2006068537A1 PCT/RU2005/000612 RU2005000612W WO2006068537A1 WO 2006068537 A1 WO2006068537 A1 WO 2006068537A1 RU 2005000612 W RU2005000612 W RU 2005000612W WO 2006068537 A1 WO2006068537 A1 WO 2006068537A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vortex
flows
vortex tubes
excitation
tubes
Prior art date
Application number
PCT/RU2005/000612
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anatoly Vasilievich Medvedev
Original Assignee
Doronin, Igor Viktorovich
Ovchenkova, Oksana Anatolievna
Ostankov, Maksim Vladimirovich
Sukhov, Alexandr Ivanovich
Saveliev, Aleksey Olegovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Doronin, Igor Viktorovich, Ovchenkova, Oksana Anatolievna, Ostankov, Maksim Vladimirovich, Sukhov, Alexandr Ivanovich, Saveliev, Aleksey Olegovich filed Critical Doronin, Igor Viktorovich
Publication of WO2006068537A1 publication Critical patent/WO2006068537A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/008—Processes for carrying out reactions under cavitation conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/10—Mixing gases with gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/10—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0875—Gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0877—Liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0881—Two or more materials
    • B01J2219/0884—Gas-liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0881—Two or more materials
    • B01J2219/0888—Liquid-liquid

Definitions

  • the invention relates to acoustic (for example, ultrasonic) methods for intensifying heat and mass energy exchange of liquid, gas, gas-liquid mixtures, suspensions and dispersions in mechano-physico-chemical processes of transformation, mixing, emulsification, dispersion, homogenization, heat treatment, saturation, extraction and the like.
  • acoustic for example, ultrasonic
  • a sound method for intensifying chemical reactions is known [RF patent 2232629, BOlJl 9/10, published July 20, 04], characterized in that sound energy is introduced into the liquid medium at the contact point of the reactants in the reaction chamber, and the sound transducers are arranged in pairs and oppositely directed relative to the input reagent flows, while establishing special frequency ranges of sound energy and the corresponding sound power.
  • the disadvantages of this method include the need to use special sound transducers with certain frequency-amplitude and power characteristics, power loss and distortion of frequency-amplitude and power characteristics during the passage of sound through the wall, as well as the complexity of the technical implementation of the entire sounding technology, given that The term "sound energy" the authors interpret the sound waves in the infra-audio-ultra sound spectrum.
  • the method of heating the liquid is based on the acoustic treatment of the liquid and includes feeding it into the cavity of the rotating impeller and discharging from the cavity through a series of outlet openings in the peripheral annular wall of the impeller into the annular chamber, and then into the collection chamber subject to certain ratios between the rotational speed of the impeller , the radius of the peripheral wall and the resonant frequency.
  • the disadvantages of this method include the complexity of the technical implementation of this method, the selectivity of the excitation, the multi-factor dependence of the resonant excitation on the geometric, frequency parameters and the limited possibility of using this method for other heat and mass transfer processes. Description of the invention
  • the objective of the present invention is to provide a method of acoustic intensification of heat and mass energy exchange, which would allow due to the special organization of the interaction of vortex flows: to increase the duration and power of the resonant excitation of the product in a wider and more controlled range of frequency-amplitude characteristics of scoring; to increase the efficiency of the destructive transformation of chemical bonds and the dispersed-aggregate state of the product, as well as the acoustic activation of chemical bonds at the molecular level; universally use this method in conducting heat and mass energy processes of various purposes.
  • the problem is solved in that the intensification of heat and mass energy flows of product flows is carried out by passing counter-directed flows through interconnected vortex tubes, while the interaction of flows in the zone of their intersection occurs in their outer layers to a depth that ensures their acoustic excitation due to strain-shear interaction of flows occurring in the zone of intersection of vortex tubes. Then the excited streams are combined in a common acoustic chamber and the stream is brought to use.
  • additional acoustic resonant excitation can be used by installing additional axial vortex resonators in the vortex tubes.
  • additional acoustic excitation is possible with the help of additional tangential inlets of the product or reagent along the length of the pipe.
  • a device for intensifying heat and mass-energy exchange consisting of two or more vortex tubes, which are communicated with each other by partially intersecting them along the generatrix, and then combined at the output by a common acoustic chamber.
  • the output end of the vortex tubes can be made flat or any more complex configuration.
  • a partition with one or more openings can be installed in the acoustic chamber between the outlet end of the vortex tubes and the outlet channel.
  • Axes of vortex tubes can be mounted axial vortex displacement cylinders to enhance resonant excitation during the interaction of the outer layers of the vortex flows.
  • Axes of vortex tubes can be mounted axial vortex resonators made in the form of movable cylinders with vortex channels facing its open part to the inner surface of the outer energy-active layer of the vortex flow.
  • an additional resonant excitation arises from the interaction of the inner layers of the vortex flow with the vortex channels of the axial vortex resonator.
  • Vortex tubes with tangential inlets can be made sectional, connected in their continuation to each other along their axes through partitions separating them or without them, each section may contain separate tangential inlets for the product or energy carrier.
  • defor- mational-shear interaction of vortex flows refers to the optimal penetration depth of surface-active layers into each other, under which shear deformations of product flows create the most effective conditions for developed cavitation, acoustic excitation, without disturbing further interaction of vortex flows in acoustic modes excitations at other frequency-amplitude parameters.
  • two can be counter-directed, located in the zone of intersection of the vortex tubes and offset on different sides relative to the chordal plane of intersection of the vortex tubes.
  • Fig.l - shows a diagram of the interaction of vortex flows in two vortex tubes.
  • Figure 2 - shows a diagram of the interaction of vortex flows in two vortex tubes with an additional installation of cylindrical displacers.
  • Fig.3 - shows a diagram of the interaction of vortex flows in two vortex tubes with an additional installation of axial vortex resonators.
  • Figure 4 device for the intensification of heat and mass energy with two vortex tubes (in section).
  • Figure 5 device with cylindrical displacers, a cross section at the level of tangential inputs.
  • Figure 6 device with axial vortex resonators, a cross section at the level of tangential inputs.
  • Fig.7 - a device with axial vortex resonators and various options for the spatial configuration of the output end of the vortex tubes (in section).
  • FIG.9 a device with several vortex tubes, a cross section at the level of tangential inputs.
  • Figure 10 a device with vortex tubes in a step configuration with additional tangential inputs (in section).
  • Fig.l 1 - a device with vortex tubes, made sectional and separating their annular partitions (in the context).
  • FIG. 1 conditionally shows the interaction of the vortex flows 1 and 2 in the vortex tubes 3 and 4 (hereinafter, the pipes).
  • Vortex flows 1 and 2 are formed in the pipes using tangential inlet nozzles 5 (hereinafter, tangential inlets), into which the product enters under pressure from an external source, for example, a pump, compressor.
  • Vortices 1 and 2 are formed in pipes 3 and 4 in such a way that with their energy-active layers 6 in the zone of intersection 7 of pipes 3 and 4 they are directed towards each other.
  • the energy-active layers of the vortex flow have a certain thickness, in which the kinetic energy slightly differs in the thickness of this layer.
  • the concepts of the outer surface 8 of the outer layer and the inner surface 9 of the outer layer are introduced, which are the boundaries of the energy-active layer 6.
  • the part of the vortex flow located in the vicinity of the axial space has a significantly smaller kinetic energy reserve and is practically not involved in the energy exchange process, which means that it is less susceptible to intensification of heat and mass energy exchange.
  • cylindrical displacers 10 are introduced (see FIG. 2) along the axes of the vortex flows 1 and 2.
  • an ineffective space is excluded from the vortex volume and thereby form an energy-efficient vortex-ring flow, which is completely exposed to acoustic excitation. It should be noted that with the passage of vortex flows along the length of the pipe kinetic energy decreases, and thereby the frequency-amplitude characteristics of sound excitation change.
  • axial vortex resonators 11 are installed (see Fig. 3), then additional acoustic excitation arises from the interaction of the inner surface 9 of the energy-active layer of vortex rings with vortex channels 12 of the vortex resonator 11.
  • axial vortex resonators 11 relative to zone 7 and tangential inputs 5 resonance can be obtained from two sources of excitation: the interaction of the outer surface 8 of the energy-active layer in zone 7 and the interaction of the inner surface 9 of the energy tive layer vihrevmi vortex formations in the channels 12 osevihrevogo resonator 11. Then eddy currents are combined in the acoustic chamber, exciting them further with other frequency-amplitude characteristics, and output the processed product use.
  • FIG. 4 shows a device with cylindrical displacers 10, section at the level of tangential inputs.
  • Figure 6 shows a device with axial vortex resonators 11, a cross section at the level of tangential inputs.
  • FIG. 7 shows a device with axial vortex resonators 11, with a flat outlet end 18 of vortex tubes 3 and 4, variants with curly ends 19, 20 and with a partition 21.
  • Fig. 8 shows the most preferred embodiment of the device, which around the central vortex tube 3 there are four pipes 4 in communication with each other, with installed cylindrical displacers 10 and an axial vortex resonator 11.
  • Fig. 9 shows a variant of the arrangement of the pipes in a line.
  • Figure 10 shows an embodiment of a device with vortex tubes of a stepped configuration and with additional tangential entries located along the length of the tubes. In this case, one pipe 22 is made stepwise tapering, and the second 23 is stepwise expanding.
  • 11 shows an embodiment of a device in which vortex tubes 3 and 4 are made sectional, connected along the axes through the annular partitions separating them 24. In terms of constructive implementation, the device can be made in any combination of these options and other additional combinations.
  • Fig. B and Fig. 7 The product is supplied under pressure through the inlet pipe 13 to the receiving chamber of the housing 14 and through the openings or openings (they are not shown in the drawing) of the nozzle cover 15 then enters the manifolds 16, from where through tangential inlets 5 in the form of flat (or round) jets at high speed enters tangentially into the vortex tubes 3 and 4.
  • tangential inlets 5 in the form of flat (or round) jets at high speed enters tangentially into the vortex tubes 3 and 4.
  • an energy-active vortex-ring flow is formed, which flows along a pipe along a spiral path to the exit to the acoustic chamber 17.
  • the partition 21 can be in close contact with the end plane 18 and then, depending on the location of the holes in it (in the center, or around a circle, or according to another pattern) another mode of effective destruction of the vortex flows is formed.
  • the shape and dynamics of the effective destruction of vortex flows, depending on the rheological properties of the product can be formed by changing the surface of the end plane 18 in the form of any surface 19 or 20 other than the end plane 15.
  • Fig. 8 shows that feeding separately to the four product collector 16 different products , it is possible in the most efficient way to carry out their normalized mixing.
  • Figure 9 shows the location of the vortex chambers in line.
  • the device can be implemented in the form of vortex tubes with stepped contours of the vortex channels (see Fig.
  • FIG. 10 shows an embodiment of the device in which vortex tubes are made sectional, connected along their axes through or without annular partitions separating them, each section may contain tangential inlets for the product or energy carrier.
  • the prototypes made by the author showed good results when preparing water-fuel emulsions with their help: fuel oil 70% - water 30%; diesel fuel 60% - water 40%. At the same time, efficient combustion, minimal smokiness of the products and high stability of the emulsions were observed.
  • the use of the proposed method of intensification and device for its implementation allows to intensify heat and mass and energy exchange at lower energy and labor costs.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления
Область техники
Изобретение относится к акустическим (например, ультразвуковым) способам интенсификации тепломассоэнергообмена жидких, газовых, газожидкостных смесей, взвесей и дисперсий в механо-физико-химических процессах превращения, перемешивания, эмульгирования, диспергирования, гомогенизации, термообработки, сатурации, экстрагирования и подобным им.
Описание уровня техники
Известны способы интенсификации тепломассоэнергообмена акустическим возбуждением проходных потоков продуктов путем передачи жидкости колебательной энергии с помощью источника механических колебаний, взаимодействующего с жидкостью. Используется этот способ в гидродинамических ультразвуковых излучателях с пластинчатыми и стержневыми резонансными колебательными устройствами, в вихревых и роторно-пульсационных аппаратах. Другим способом интенсификации тепломассоэнергообмена акустическим возбуждением может быть взаимодействие струйных потоков между собой путем передачи кинетической энергии одного потока другому. Этот способ используется в струйных аппаратах (эжекторах, инжекторах, струйных насосах), в которых происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую с последующим тепломассоэнергообменом взаимодействующих сред. Известен звуковой способ интенсификации химических реакций [патент РФ 2232629, BOlJl 9/10, опубликован 20.07.04], характеризующийся тем, что звуковую энергию вводят в жидкую среду в точке контакта реагентов в реакционной камере, а звуковые преобразователи расположены попарно и противоположно направленны относительно входных потоков реагентов, при этом устанавливают специальные диапазоны частот звуковой энергии и соответствующие мощности озвучивания. К недостаткам этого способа относится необходимость использования специальных звуковых преобразователей с определенными частотно-амплитудными и мощностными характеристиками, потери мощности и искажение частотно-амплитудных и мощностных характеристик при прохождении звука через стенку, а также, сложность технической реализации всей технологии озвучивания, если учесть, что под термином «звyкoвoй энepгии» авторы трактуют звуковые волны в инфра-аудио-ультра звуковом спектре. Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату является способ резонансного возбуждения жидкости и способ и устройство для нагревания жидкости [патент РФ 2232630, B0Ш9/10, опубликован 20.07.04], в котором способ резонансного возбуждения основан на обработке жидкости источником механических колебаний на частоте из ряда основных частот, подчиняющегося определенной эмпирической зависимости. Способ нагревания жидкости основан на акустической обработке жидкости и включает её подачу в полость вращающегося рабочего колеса и выпуск из полости через ряд выходных отверстий в периферийной кольцевой стенке рабочего колеса в кольцевую камеру, а затем, в сборную камеру при соблюдении определенных соотношений между частотой вращения рабочего колеса, радиуса периферийной стенки и резонансной частоты. К недостаткам этого способа следует отнести сложность технической реализации этого способа, избирательность возбуждения, многофакторная зависимость резонансного возбуждения от геометрических, частотных параметров и ограниченная возможность использования этого способа для проведения других тепломассоэнергообменных процессов. Описание изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание способа акустической интенсификации тепломассоэнергообмена, который позволил бы за счет специальной организации взаимодействия вихревых потоков: увеличить длительность и мощность резонансного возбуждения продукта в более широком и управляемом диапазоне частотно-амплитудных характеристик озвучивания; увеличить эффективность деструктивного преобразования химических связей и дисперсно-агрегатного состояния продукта, а также акустическую активизацию химических связей на молекулярном уровне; универсально использовать этот способ в проведении тепломассоэнергообменных процессов разнообразного назначения.
Поставленная задача решается тем, что интенсификацию тепломассоэнергообмена потоков продуктов осуществляют путем пропускания встречно направленных потоков через сообщающиеся между собой вихревые трубы, при этом взаимодействие потоков в зоне их пересечения происходит в их наружных слоях на глубину, обеспечивающую их акустическое возбуждение за счет деформационно-сдвигового взаимодействия потоков, происходящего в зоне пересечения вихревых труб. Затем возбужденные потоки объединяют в общей акустической камере и выводят поток на использование. В предлагаемом способе может быть использовано дополнительное акустическое резонансное возбуждение с помощью установки в вихревых трубах дополнительных осевихревых резонаторов. Кроме того, в вихревых трубах возможно дополнительное акустическое возбуждение с помощью дополнительных тангенциальных вводов продукта или реагента по длине трубы.
Для осуществления настоящего способа предлагается устройство интенсификации тепломассоэнергообмена, состоящее из двух и более вихревых труб, которые сообщены между собой с помощью частичного пересечения их по образующим, а затем объединены на выходе общей акустической камерой. При этом, выходной торец вихревых труб может быть выполнен плоским или любой более сложной конфигурации. В акустической камере между выходным торцом вихревых труб и выходным каналом может быть установлена перегородка с одним и более отверстиями. По осям вихревых труб могут быть установлены осевихревые вытеснительные цилиндры для усиления резонансного возбуждения при взаимодействии наружных слоев вихревых потоков. По осям вихревых труб могут быть установлены осевихревые резонаторы, выполненные в виде подвижных цилиндров с вихревыми каналами, обращенными своей открытой частью к внутренней поверхностности наружного энергоактивного слоя вихревого потока. В этом случае возникает дополнительное резонансное возбуждение от взаимодействия внутренних слоев вихревого потока с вихревыми каналами осевихревого резонатора. Поворачивая вихревой резонатор вокруг своей оси и ориентируя его относительно тангенциальных вводов можно добиться общего резонансного возбуждения. Вихревые трубы с тангенциальными вводами могут быть выполнены секционными, соединенными в своем продолжении между собой по их осям через разделяющие их перегородки или без них, при этом каждая секция может содержать раздельные тангенциальные вводы для продукта или энергоносителя. Кроме этого, с помощью дополнительных тангенциальных вводов, расположенных в нескольких местах по длине вихревых труб, можно осуществить дополнительный ввод продукта или дополнительного энергоносителя (жидкость, газ, пар и т. д.) с одновременной генерацией дополнительного акустического возбуждения соединяемых или обрабатываемых продуктов. Под термином «энepгoaктивный cлoй» понимается некоторая глубина слоя вихревого потока, обладающая максимальной кинетической энергией, незначительно отличающейся по глубине этого слоя. Под термином «дeфopмaциoннo-cдвигoвoe взаимодействие вихревых пoтoкoв» понимается оптимальная глубина проникновения поверхностно-активных слоев друг в друга, при которой сдвиговые деформации продуктовых потоков создают наиболее эффективные условия для развитой кавитации, акустического возбуждения, не нарушая при этом дальнейшего взаимодействия вихревых потоков в акустических режимах возбуждения при иных частотно-амплитудных параметрах. Из общего числа тангенциальных вводов, два могут быть встречно направлены, расположены в зоне пересечения вихревых труб и смещены по разные стороны относительно хордовой плоскости пересечения вихревых труб.
Краткое описание чертежей
На фиг.l - изображена схема взаимодействия вихревых потоков в двух вихревых трубах.
На фиг.2 - изображена схема взаимодействия вихревых потоков в двух вихревых трубах с дополнительной установкой цилиндрических вытеснителей.
На фиг.З - изображена схема взаимодействия вихревых потоков в двух вихревых трубах с дополнительной установкой осевихревых резонаторов.
На фиг.4 - устройство для интенсификации тепломассоэнергообмена с двумя вихревыми трубами (в разрезе).
На фиг.5 — устройство с цилиндрическими вытеснителями, сечение на уровне тангенциальных вводов.
На фиг.6 - устройство с осевихревыми резонаторами, сечение на уровне тангенциальных вводов.
На фиг.7 - устройство с осевихревыми резонаторами и различными вариантами пространственной конфигурации выходного торца вихревых труб (в разрезе).
На фиг.8 — устройство с несколькими вихревыми трубами, сечение на уровне тангенциальных вводов.
На фиг.9 - устройство с несколькими вихревыми трубами, сечение на уровне тангенциальных вводов. На фиг.10 - устройство с вихревыми трубами ступенчатой конфигурации с дополнительными тангенциальными вводами (в разрезе).
На фиг.l 1 - устройство с вихревыми трубами, выполненными секционными и с разделяющими их кольцевыми перегородками (в разрезе).
Описание осуществления изобретения
Способ интенсификации тешюмассоэнергообмена в процессах физико- химических превращений методом акустического резонансного возбуждения вихревых потоков, взаимодействующих друг с другом, осуществляется с помощью вихревых труб, сообщенных между собой. На фиг.1 условно показано взаимодействие вихревых потоков 1 и 2 в вихревых трубах 3 и 4 (далее, трубах). Вихревые потоки 1 и 2 формируются в трубах с помощью тангенциальных входных сопел 5 (далее, тангенциальных вводов), в которые продукт поступает под давлением от внешнего источника, например, насоса, компрессора. В трубах 3 и 4 формируются вихри 1 и 2 таким образом, что своими энергоактивными слоями 6 в зоне пересечения 7 труб 3 и 4 они встречно направлены друг к другу. Энергоактивные слои вихревого потока имеют определенную толщину, в которой кинетическая энергия незначительно отличается по толщине этого слоя. Для описания взаимодействия потоков вводятся понятия внешней поверхности 8 наружного слоя и внутренней поверхности 9 наружного слоя, которые являются границами энергоактивного слоя 6. Во время соприкосновения вихревых потоков 1 и 2 в зоне 7 происходят сдвиговые деформации потоков, резкий перепад давления между областью зоны 7 и остальной частью потока, возникновение акустических вибраций, пульсаций и развитой кавитации, распространяющейся в радиальном и тангенциальном направлениях. Однако, часть вихревого потока, находящаяся в около осевом пространстве обладает значительно меньшим запасом кинетической энергии и практически не участвует в энергообменном процессе, а значит, в меньшей степени подвержена интенсификации тепломассоэнергообмена. Чтобы повысить степень интенсификации введены (см. фиг.2) цилиндрические вытеснители 10 по осям вихревых потоков 1 и 2. Таким образом, исключают из вихревого объема малоэффективное пространство и тем самым формируют энергоэффективный вихрекольцевой поток, полностью подверженный акустическому возбуждению. При этом следует заметить, что по мере прохождения вихревых потоков по длине трубы кинетическая энергия уменьшается, и тем самым меняются частотно- амплитудные характеристики звукового возбуждения. Если вместо цилиндрического вытеснителя 10 установить осевихревые резонаторы 11 (см. фиг.З), то возникает дополнительное акустическое возбуждение от взаимодействия внутренней поверхности 9 энергоактивного слоя вихрекольцевых потоков с вихревыми каналами 12 осевихревого резонатора 11. Разворачивая осевихревые резонаторы 11 относительно зоны 7 и тангенциальных вводов 5 можно добиться резонанса от двух источников возбуждения: взаимодействия внешней поверхности 8 энергоактивного слоя в зоне 7 и взаимодействия внутренней поверхности 9 энергоактивного слоя с вихревьми формированиями в вихревых каналах 12 осевихревого резонатора 11. Затем вихревые потоки объединяют в акустической камере, дополнительно возбуждая их при других частотно-амплитудных характеристиках, и выводят обработанный продукт на использование.
Для реализации описанного способа интенсификации тепломассоэнергообмена, в качестве частного случая исполнения предлагается конструкция устройства, изображенная на фиг.4. Устройство состоит из входного патрубка 13, корпуса 14, в котором расположены две вихревые трубы 3 и 4, с верхней сопловой крышкой 15, входные продуктовые коллекторы 16, тангенциальные вводы 5, акустическая камера 17. На фиг.5 показано устройство с цилиндрическими вытеснителями 10, сечение на уровне тангенциальных вводов. На фиг.6 показано устройство с осевихревыми резонаторами 11, сечение на уровне тангенциальных вводов. На фиг.7 (в разрезе) показано устройство с осевихревыми резонаторами 11, с плоским выходным торцом 18 вихревых труб 3 и 4, варианты с фигурными торцами 19, 20 и с перегородкой 21. На фиг.8 показан наиболее предпочтительный вариант реализации устройства, в котором вокруг центральной вихревой трубы 3 расположены четыре трубы 4, сообщенные между собой, с установленными цилиндрическими вытеснителями 10 и осевихревым резонатором 11. На фиг.9 показан вариант расположения труб в линию. На фиг.10 показан вариант исполнения устройства с вихревыми трубами ступенчатой конфигурации и с дополнительными тангенциальными вводами, расположенными по длине труб. При этом одна труба 22 выполнена ступенчато-сужающейся, а вторая 23 - ступенчато- расширяющейся. На фиг.11 показан вариант исполнения устройства, в котором вихревые трубы 3 и 4 выполнены секционными, соединенными по осям через разделяющие их кольцевые перегородки 24. В части конструктивной реализации устройство может быть выполнено в любой комбинации указанных вариантов исполнения и других дополнительных сочетаний.
Для описания работы устройства рассмотрим в качестве примера его конструктивное исполнение, приведенное на фиг.б и фиг.7. Продукт подается под давлением через входной патрубок 13 в приемную камеру корпуса 14 и через проемы или отверстия (они не показаны на чертеже) сопловой крышки 15 далее поступает в коллекторы 16, откуда через тангенциальные вводы 5 в виде плоских (или круглых) струй с большой скоростью входит по касательной в вихревые трубы 3 и 4. В этих трубах с помощью осевихревого резонатора 11 формируется энергоактивный вихрекольцевойвой поток, который по спиральной траектории устремляется вдоль по трубе на выход в акустическую камеру 17. Во время прохождения вихревого потока, сформированного сопловым истечением по спиральной траектории, он многократно взаимодействует в зоне 7 с аналогичным встречно-направленным потоком, производя акустическое возбуждение по всей длине зоны 7. Одновременно с этим, своей внутренней поверхностью вихрекольцевой поток взаимодействует с вихревыми каналами 12 осевихревого резонатора 11, создавая дополнительные пульсации и развитую кавитацию. В результате этих взаимодействий возникает резонансное возбуждение обоих вихрекольцевых потоков. На выходе из вихревых труб оба потока, вращаясь в одинаковом направлении и соприкасаясь друг с другом встречно-направленными слоями, входят в акустическую камеру 17 и разрушаются под действием остаточной кинетической энергии, создавая при этом низко-частотный режим турбулизации объединенного выходного потока. Установленная перегородка 21, разделяющая акустическую камеру на две части, играет роль порогового устройства, формирующего эффективные режимы разрушения вихревых потоков и истечения. Поэтому определяющим фактором в этом процессе являются: количество отверстий в этой перегородке 21, их расположение и расстояние между ней и торцевой плоскостью 18. Перегородка 21 может вплотную соприкасаться с торцевой плоскостью 18 и тогда, в зависимости от расположения отверстий в ней (в центре, или по окружности, или по другой схеме) формируется другой режим эффективного разрушения вихревых потоков. Кроме того, форма и динамика эффективного разрушения вихревых потоков, в зависимости от реологических свойств продукта (вязкости, плотности и т. д.) может быть сформирована изменением поверхности торцевой плоскости 18 в виде любой поверхности 19 или 20, отличной от торцевой плоскости 15. Эффективность интенсификации тепломассоэнергообмена зависит также от взаимного расположения вихревых труб. На фиг.8 показано наиболее предпочтительное расположение вихревых труб, в котором имеется четыре зоны пересечения 7 вихревых труб, наиболее оптимальное расположение тангенциальных вводов 5 и входных продуктовых коллекторов 16. На фиг.8 видно, что, подавая раздельно в четыре продуктовых коллектора 16 разные продукты, можно наиболее эффективным способом осуществлять их нормированное смешение. На фиг.9 показано расположение вихревых камер в линию. В зависимости от реологических свойств продукта устройство может быть осуществлено в виде вихревых труб со ступенчатыми контурами вихревых каналов (см. фиг.10), с раздельными тангенциальными вводами продукта или энергоносителя (в виде пара, воздуха или любого газа с различными энергетическими характеристиками). В этом случае взаимодействие вихревых потоков с отличающейся энергетикой дополнительно интенсифицирует их возбуждение для получения требуемого эффекта. На фиг.11 показан вариант исполнения устройства, в котором вихревые трубы выполнены секционными, соединенными в своем продолжении по их осям через разделяющие их кольцевые перегородки или без них, при этом каждая секция может содержать тангенциальные вводы для продукта или энергоносителя.
Изготовленные автором макеты показали хорошие результаты при приготовлении с их помощью водо-топливных эмульсий: мазут 70% - вода 30%; дизельное топливо 60% - вода 40%. При этом наблюдалось эффективное сгорание, минимальная задымленность продуктов и высокая стойкость эмульсий. П рименение заявляемого способа интенсификации и устройства для его осуществления, позволяет интенсифицировать тепломассоэнергообмен при меньших энергетических и трудовых затратах.

Claims

Формула изобретения
1. Способ тепломассоэнергообмена путем акустического резонансного возбуждения вихревых потоков продуктов, отличающийся тем, что возбуждение осуществляют путем пропускания встречно направленных потоков через сообщающиеся между собой вихревые трубы, при этом взаимодействие потоков в зоне их пересечения происходит в их наружных слоях на глубину, обеспечивающую их акустическое возбуждение за счет сдвиговой деформации потоков друг относительно друга, затем возбужденные потоки объединяют в общей акустической камере и выводят поток на использование.
2 Способ по п. 1, отличающийся тем, что в вихревых трубах создают дополнительное акустическое возбуждение с помощью дополнительных резонансных вихревых каналов, размещенных в вихревых трубах.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в вихревых трубах создают дополнительное акустическое возбуждение с помощью дополнительных тангенциальных вводов продукта или реагента по длине трубы.
4. Устройство тепломассоэнергообмена состоящее из двух или более вихревых труб, сообщенных между собой с помощью частичного пересечения их по образующим, а затем объединенных общей акустической камерой.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что выходной торец вихревых труб выполнен пространственно-плоским.
6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что в акустической камере между выходным торцом вихревых труб и выходным каналом установлена перегородка с одним и более отверстиями.
7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что по осям вихревых труб установлены цилиндрические вытеснители.
8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что по осям вихревых труб установлены осевихревые резонаторы в виде цилиндра, с выполненными в нем вихревыми каналами, обращенными своей открытой частью к внутренней поверхности энергоактивного наружного слоя.
9. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что ввод потоков в вихревые трубы осуществляется через тангенциальные вводы, два из которых, расположенные в зоне пересечения вихревых труб, встречно направлены и смещены по разные стороны относительно хордовой плоскости пересечения вихревых труб.
10. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что вихревые трубы с тангенциальными вводами выполнены секционными, соединенными в своем продолжении между собой по их осям через разделяющие их перегородки, при этом каждая секция содержит раздельные тангенциальные вводы для продукта или реагента, или энергоносителя.
PCT/RU2005/000612 2004-12-21 2005-11-30 Procede d'echange de chaleur-masse-energie et dispositif de mise en oeuvre de ce procede WO2006068537A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004137176 2004-12-21
RU2004137176/15A RU2268772C1 (ru) 2004-12-21 2004-12-21 Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006068537A1 true WO2006068537A1 (fr) 2006-06-29

Family

ID=36047834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2005/000612 WO2006068537A1 (fr) 2004-12-21 2005-11-30 Procede d'echange de chaleur-masse-energie et dispositif de mise en oeuvre de ce procede

Country Status (3)

Country Link
LT (1) LT5360B (ru)
RU (1) RU2268772C1 (ru)
WO (1) WO2006068537A1 (ru)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2310503C1 (ru) * 2006-10-25 2007-11-20 Овченкова Оксана Анатольевна Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления
RU2344356C1 (ru) * 2007-08-02 2009-01-20 Овченкова Оксана Анатольевна Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления
RU2350856C1 (ru) * 2008-01-10 2009-03-27 Овченкова Оксана Анатольевна Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления
RU2457896C1 (ru) * 2010-11-29 2012-08-10 Владимир Семенович Аникин Способ акустической обработки многофазного продукта и устройство для его осуществления
RU2462301C1 (ru) * 2011-03-10 2012-09-27 Овченкова Оксана Анатольевна Устройство для тепломассоэнергообмена
WO2013119138A1 (ru) * 2012-02-10 2013-08-15 Норфолда Лимитед Устройство для деструкции нефти в скважине
RU2497580C1 (ru) * 2012-03-05 2013-11-10 Долгополов Юрий Яковлевич Ультразвуковой диспергатор долгополова
RU2543182C2 (ru) * 2013-06-04 2015-02-27 Сергей Николаевич Тумаков Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления
RU2658057C1 (ru) * 2017-09-11 2018-06-19 Эль-Гадбан Илья Шакиб Устройство для тепломассоэнергообмена
RU2726488C2 (ru) * 2018-11-12 2020-07-14 Талатай Василий Алексеевич Гидростабилизированное топливо, способ его получения и теплоэнергообменный реактор
RU206204U1 (ru) * 2021-06-03 2021-08-31 Игорь Викторович Доронин Устройство для получения гидростабилизированного топлива

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1983000446A1 (en) * 1981-07-28 1983-02-17 SCHAUFFLER, Noël (deceased) Method, devices and application for producing emulsions by ultra sonic whistles
SU1327947A1 (ru) * 1986-01-07 1987-08-07 Дальневосточное высшее инженерное морское училище им.адм.Г.И.Невельского Устройство дл получени эмульсии
SU1333397A1 (ru) * 1985-08-28 1987-08-30 Научно-производственное объединение по созданию и выпуску средств автоматизации горных машин Вихревой гидродинамический смеситель
RU2232630C2 (ru) * 2002-05-06 2004-07-20 Селиванов Николай Иванович Способ резонансного возбуждения жидкости и способ и устройство для нагревания жидкости

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3137927A (en) 1960-07-13 1964-06-23 Honeywell Regulator Co Dispersion hardened materials
CH558847A (de) 1973-06-08 1975-02-14 Rueti Ag Maschf Einrichtung zum speichern von schussfaeden.
FR2232629A1 (en) 1973-06-08 1975-01-03 Carroll Robert False twist bush driven by peripheral contact with drive element - has mssmooth outer surface produced by single finishing operation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1983000446A1 (en) * 1981-07-28 1983-02-17 SCHAUFFLER, Noël (deceased) Method, devices and application for producing emulsions by ultra sonic whistles
SU1333397A1 (ru) * 1985-08-28 1987-08-30 Научно-производственное объединение по созданию и выпуску средств автоматизации горных машин Вихревой гидродинамический смеситель
SU1327947A1 (ru) * 1986-01-07 1987-08-07 Дальневосточное высшее инженерное морское училище им.адм.Г.И.Невельского Устройство дл получени эмульсии
RU2232630C2 (ru) * 2002-05-06 2004-07-20 Селиванов Николай Иванович Способ резонансного возбуждения жидкости и способ и устройство для нагревания жидкости

Also Published As

Publication number Publication date
LT5360B (lt) 2006-09-25
LT2006021A (en) 2006-08-25
RU2268772C1 (ru) 2006-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2006068537A1 (fr) Procede d'echange de chaleur-masse-energie et dispositif de mise en oeuvre de ce procede
US6361747B1 (en) Reactor with acoustic cavitation
RU2553861C1 (ru) Гидродинамический смеситель
EA009880B1 (ru) Гидродинамический генератор акустических колебаний ультразвукового диапазона и способ создания акустических колебаний ультразвукового диапазона
US5760348A (en) Noise attenuating apparatus
RU2344356C1 (ru) Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления
RU2310503C1 (ru) Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления
RU2462301C1 (ru) Устройство для тепломассоэнергообмена
RU2478438C2 (ru) Способ и комбинированное устройство для генерирования колебаний давления в потоке жидкости
RU2304261C1 (ru) Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления
RU2350856C1 (ru) Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления
RU2434674C1 (ru) Устройство для физико-химической обработки жидкой среды
RU2618078C1 (ru) Гидродинамический смеситель
RU134076U1 (ru) Устройство для тепломассоэнергообмена
RU2787081C1 (ru) Кавитационный теплогенератор
RU2658448C1 (ru) Многоступенчатый кавитационный теплогенератор (варианты)
RU2363528C1 (ru) Ультразвуковое устройство для обработки жидких сред
RU2354461C2 (ru) Генератор кавитационных процессов
RU54816U1 (ru) Устройство приготовления водно-мазутной эмульсии
RU2015749C1 (ru) Гидродинамический генератор колебаний
RU2331465C1 (ru) Устройство для тепломассоэнергообмена
RU85838U1 (ru) Эжектор с газоструйными ультразвуковыми генераторами
US10233097B2 (en) Liquid treatment apparatus with ring vortex processor and method of using same
RU2457896C1 (ru) Способ акустической обработки многофазного продукта и устройство для его осуществления
RU2658057C1 (ru) Устройство для тепломассоэнергообмена

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006021

Country of ref document: LT

Ref document number: LT2006021

Country of ref document: LT

AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KN KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV LY MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: LT2006021

Country of ref document: LT

Ref document number: 2006021

Country of ref document: LT

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2006021

Country of ref document: LT

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 05844898

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1