Аппарат для теплообмена и перемешивания жидких сред

 

Изобретение относится к реакторному оборудованию для проведения различных химико-технологических процессов в жидких средах, требующих интенсивного теплообмена между реакционной средой и теплохладагентом и перемешивания обрабатываемой среды. Наибольшее применение оно найдет для проведения процессов синтеза полимерных материалов (эмульсионного полистирола, поливинилацетатной дисперсии и др.) и глицеролизэ саломаса для получения пищевых поверхностно-активных веществ. Изобретение решает задачу повышения производительности путем интенсификации теплообмена и перемешивания при снижении материалоемкости и энергопотребления. Новым является то, что перемешивающее устройство выполнено в виде вертикальных вращающихся вместе с валом пластин, снабженных продольным рядом сопел с размещением их выходного сечения так, чтобы струя выходящего из сопел потока жидкости плавно обтекала поперечное сечение трубы каждого витка по периметру, t з.п. ф-лы, 5 ил. 1 табл. LA

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 В 01 F 7/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ .СССР) Д

4 с

Яii",, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4823455/26 (22) 02.04.90 (46) 07.11,92. Бюл, М 41 (71) Научно-производственное объединение

"Ленинградский научно-исследовательский и конструкторский инсгитут химического машиностроения" (72) В.Д,Медведев, M.Ï.Óìàícêèé, В.Н;По-. ляков, Ю.Н.Яковлев и В.С.Живилов (56) Авторское свидетельство СССР

М 552104, кл. В 01 F 7/16, 1974. (54) АППАРАТ ДЛЯ ТЕПЛООБМЕНА И ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКИХ СРЕД (57) Изобретение относится к реакторному оборудованию для проведения различных химико-технологических процессов в жидких средах, требующих интенсивного теплообмена между реакционной средой и теплохладагентом и перемешивания обраИзобретение относится к реакторному оборудованию для проведения различных химико-технологических процессов в жидких средах, требующих интенсивного теплообмена между реакционной средой и теплохладагентом и перемешивания обрабатываемой среды. Наибольшее применение оно найдет для проведения процессов синтеза полимерных материалов (эмульсионного полистирола, поливинилацетатной дисперсии и др.) и глицеролиза саломаса для получения пищевых поверхностно-активных веществ.

Целью изобретения является повышение производительности аппарата.

На фиг.1 приведен продольный разрез конструктивной схемы аппарата; на фиг.2— .разрез А — А нэ фиг.1; на фиг.3 — узел 1 на фиг.1; на фиг.4 — вариант выполнения перемешивэющего устройства при обработке

„„5U„„1773468 А1 батываемой среды. Наибольшее применение оно найдет для проведения процессов синтеза полимерных материалов (эмульсионного полистирола, поливинилацетатной дисперсии и др.) и глицеролиза саломаса для получения пищевых поверхностно-активных веществ, Изобретение решает задачу повышения производительности путем интенсификации теплообмена и перемешивания при снижении материалоемкости и энергопотребления. Новым является то, что перемешивающее устройство выполнено в виде вертикальных вращающихся вместе с валом пластин, снабженных продольным рядом сопел с размещением их выходного сечения так, чтобы струя выходящего из сопел потока жидкости плавно обтекала поперечное сечение трубы каждого витка по периметру. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. 1 табл. жидких сред повышенной вязкости: на фиг,5 — разрез Б — Б на фиг.4, Аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с эллиптическими днищем и крышкой, теплообменную рубашку 2, вал 3 с перемешивэющим устройством, выполненным из вертикальных продольных пластин 4; снабженных. также продольным рядом сопел 5..Между корпусом 1 и перемешивающим устройством расположен цилиндрический теплообменный змеевик 6..

Электропривод 7 приводит во вращательное движение вал 3, герметизация которого осуществляется уплотнением 8. На крышке и днище располагаются патрубки 9 и 10 для подвчи реагентов и вывода готового продукта. Пластины 4 перемешивающего устройства крепятся к валу ступицами 12 с помощью спиц 11, привариваемых как к ступицам 12, так и к пластинам 4.

1773468

Для обработки сред повышенной вязкости в диапазоне 0,1-10 Па с перемешиваю щее устройство, для повышения эффективности теплообмена, целесообразно выполнить в виде полого цилиндра 13, на боковых поверхностях которого имеются сквозные продольные окна 14, а по всей высоте цилиндра, на его внутренней поверхности, установлены наклонные перегородки 15. Причем внешней кромкой эти перегородки крепятся (например, сваркой) к внутренней поверхности цилиндра 13, а их внутренняя кромка наклонена в сторону направления вращения цилиндра и перекрывает входные отверстия сопел 5 на величину

Лд, которая в зависимости от габаритов аппарата, диаметра сопел может быть в пределах 20 — 60 мм. Крепление цилиндра 13 к валу 3 осуществляется также, как и пластин

4, т.е. с помощью приварных спиц 11 и ступиц 12, Количество пластин 4 и перегородок 15, а также количество сопел 5, равное количеству витков 6 .трубчатого теплообменника, определяются тепловым расчетом, свойствами обрабатываемой среды (вязкость, плотность, теплоемкость и др.) и режимом перемешивания (турбулентный, ламинарный, переходный).

Аппарат работает следующим образом.

Исходные реагенты периодически или непрерывно подаются в аппарат через патрубок 9, а готовый продукт отводится через патрубок 10. От привода 7 вал 3 с перемешивающим устройством приводится во вращательное движение. Перемешивающее устройство в виде вертикальных, вращающихся вместе с валом, пластин 4, снабженных продольным рядом сопел 5 с размещением их выходного сечения так, чтобы струя жидкости, выходящая из сопла, плавно обтекала поперечное сечение каждого витка трубы 6 теплообменного змеевика по периметру, обеспечивая турбулиэацию реакционной среды. При этом все витки труб 6 змеевика находятся в равных гидродинамических условиях обтекания обрабатываемой средой, Выходное сечение сопел 5 может оканчиваться конфузором, что приведет к увеличению скорости струи, вытекающей из сопла, и улучшит теплообмен. Выполнение зазора между среэрм выходных сечений солей и внутренней поверхностью витков змеевикового теплообменника, равной от 2 до 5 диаметров канала сопла, предотвращает рассеивание энергии потока и дает возможность достигнуть .максимальной скорости обтекания труб змеевика. Все это способствует повышению коэффициента теплоотдачи от среды к змеевику и, следовательно, увеличению коэффициента теплопередачи цилиндрического змеевикового теплообменника, в целом. Поэтому технологический процесс возможно осуществить при меньшей площади поверхности теплообмена. т,е, при уменьшенной металлоемкости змеевикового теплообменника. Кроме того, необходимая интенсивность перемешивания в

10 предлагаемом техническом решении обеспечивается при пониженной частоте вращения перемешивающего устройства, что приводит к снижению потребляемой мощности, так как потребляемая мощность (N) пропорциональна частоте вращения (n) перемешивающего устройства в третьей степени (N = n ).

Для обработки сред повышенной вязкости, как уже было отмечено, более оптималь20 ным будет выполнение аппарата с перемешивающим устройством в виде цилиндра 13 с боковыми окнами 14. При вращении наклонные перегородки 15 захватывают обрабатываемую среду и пере25 мещают ее перед собой, Поэтому во внутренней полости наклонной перегородки при вращении возникает гидродинамический подпор, т.е. избыточное давление. Так, рассчитано, что при скорости вращения полого

30 цилиндра 13 с соплами 5 около 120 об/мин избыточное давление составит 0.04 МПа (0,4 кгс/см ), А так как внутренняя кромка перегородки перекрывает входные отверстия сопел 5, то последние оказываются в зоне повышенного гидродинамического давления и истечение обрабатываемой среды повышенной вязкости из сопел на теплообменные витки труб 6 будет происходить более интенсивно и на большее расстояние.

40 Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет использовать эффект турбулизации процесса перемешивания и теплообмена, что увеличивает производительность аппарата по целевому продукту. Достижение поставленной цели подтверждается результатами расчетноопытных работ аппаратов вместимостью

0,063 м3, приведенными в таблице.

Приведенные данные показывают, что

50 аппарат для теплообмена и перемешивания по предлагаемому техническому решению обеспечивает повышение удельной производительности, по сравнению с прототипом, на 197(, при увеличении коэффициента

55 теплоотдачи а íà 30>.

Формула изобретения

1. Аппарат для теплообмена и перемешивания жидких сред, содержащий цилиндрический корпус. внутри которого

1773468 расположен трубчатый цилиндрический змеевик, привод с валом, на котором закреплено перемешивающее устройство, и технологические патрубки для подачи реагентов и вывода продукта, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения производительности, перемешивающее устройство выполнено в виде вертикальных продольных пластин или цилиндра с окнами, снабженных по высоте рядом сопл, расположенных по окружности, при атом каждый. виток трубы цилиндрического змеевика и каждый соответствующий ему ряд сопл установлены в одной горизонтальной плоскости и их оси симметрии соосны.

2.Аппарат по п.1, от л ич а ю щ ийс я тем, что полый цилиндр снабжен наклонными перегородками, размещенными íà его внутренней поверхности, направленными в

10 сторону вращения цилиндра и перекрывающими выходные отверстия сопл.

1773466

1773468

Юаа 5

Составитель В.Медведев

Редактор Н,Никольская Техред М,Моргентал Корректор Т,Вашкович

Заказ 875 Тираж Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/S

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101