Способ и устройство для тепловой обработки суспензий по системе г.с.кучеренко
A ОП ИСАНИ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Союз Советских Социалистических Республик 791 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 1309.78 (21) 2663460/2 с присоединением заявки N9 2663437/29 (23) Приоритет Опубликовано 30128р Бюллетень N Дата опубликования описания 30.1 M. )(„3 С 02 F 11/12 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий УДК 629. 336. 44 (088. 8) (72) Автор изобретения Г.С.Кучеренко (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ СУСПЕНЗИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПО CHCTE11Å Г.С.КУЧЕРЕНКО Изобретение относится к способам и устройствам для тепловой обработки суспензий и эмульсий и может быть использовано в различных областях техники для очистки и обеззараживания пищевых, отходящих и сточных жидкостей или их осадков термообработкой. Известен способ и устройство для тепловой обработки суспензии, включающий подачу исходной суспенэии, нагрев и перемещение ее в цилиндрическом корпусе (1). Недостаток известного решения низкая производительность, неудобство обслуживания. Известно также устройство для тепловой обработки суспензий и реализованный в нем способ, при этом устройство содержит цилиндрический корпус с патрубками входа и выхода суспеизии, размещенный на валу с приводом узел перемещения суспенэий и нагревательные элементы (2) . Недостатком известного способа и 2ф ,устройства для тепловой обработки суспензий является его невысокая эффективность, обусловленная стационарным теплообменом между обрабатываемой суспенэией и теплоносителем через ЗО толщину стенки цилиндрического корпуса и покрывающие ее при этом загрязнения, что связано с низким коэффициентом теплопередачи между суспензией и теплоносителем, потерей тепла в окружающую среду и низкой термостойкостью стенки цилиндрического корпуса. Цель изобретения — повышение эФфективности тепловой обработки суспензии путем регенерации тепла и импульсного теплообмена. Цель достигается тем, что в известном способе тепловой обработки суспенэий, включающем подачу исходной суспензии, нагрев и перемещение ее в цилиндрическом корпусе, нагретую суспензию перемещают во встречном направлении к исходной суспензии и одновременно вращают вокруг оси корпуса, а в известном устройстве для тепловой обработки суспенэий вышеуказанным способом, содержащем цилиндрический корпус с патрубками входа и выхода суспензии, нагревательные элементы и размещенный на валу с приводом узел перемещения суспенэии, последний выполнен в виде закрепленной на валу продольной плоской перегородки н устройство снабжено размещенной под 791655, круглыми перегородками 4 и 5, соедидатрубком входа суспензии приемной кольцевой камерой в виде прикрепленHblx к валу двух поперечных перегородок с отнерстиями и сквозными трубопроводами. На черте><е изображено устройство для осуществления способа тепловой обработки суспензии. Теплообменное устройство содержит цилиндрический корпус 1 круглого попе >ечного сечения, под тангенциально к Я нему расположенным входным патрубком 2 установлена цилиндрическая приемная кольцевая распределительная камера 3 исходной суспензии, образованная двумя кругЛыми поперечными перегородками 4 и 5, установленными с касанием к внутренней поверхности стенки кор пуса и поворотными.вокруг оси корпуса. ,В перегородке 5 камеры 3 имеется отверстие 6 для подачи в корпус l исходной суспензии. К перегородке 5 цилиндрической камеры 3 присоединен узел перемещения суспензии, выполненный в виде присоединенной с касанием к внутренней поверхности стенки и поворотной вокруг оси продольной 3$ плоской перегородки 7, разделяющей корпус круглого поперечного сечения вдоль на две камеры сегментных.поперечных сечений: для поступающего на термообработку потока суспензии и для gg отводимого потока термообработанной суспенэии-теплоносителя. На конце корпуса установлены нагревательные элементы 8. На конце перегородки 7 имеются отверстия 9. Перегородка 7 жестко соединена с полым валом 10, выполн иным в виде реактивного трубопровода с выходным тангенциальным патрубком для .выброса очищенной термообработанной ><идкости.,Для перемещения шлама вдоль корпуса 1 через камеру 3 нмон- 4О тированы соединенные с приводом 11 вращения сквозные периферийные трубопроводы 12.Полый вал 10 снабжен шне-. ком 13 для глубокого обезвоживания шлама. Бункер 14 и выходной патрубок 45 15 предназначены для удаления шлама фильтрата.Привод 11 вращения снабжен так же дополнительным электродвигателем 16 и закрыт защитным кожухом 17.с патрубком 18 для слива 5р очищенной воды. Нагревательные элементы 8 выполнены из системы кольцевых графитовых или стальных электродов 19, изолиро" ванных между собой кольцевыми диэлектрическими фторопластовыми или миканитовыми прокладками 20 и соединенных механически соосно с корпусом, а электрически- с источником 21 трехфазного тока . При этом перегруженная фаза среднего электрода 19 соеди- 60 иена через сетчатый или перфорированный торец полого вала 10, служащий электрофильтром 22, с электроизолированным шнеком 13 в качестве индуктивного сопротивления на полом валу 10, выпол- 65 няющем одновременно и функции магнитного средечника, т.е ° средства понышения этого сопротинления для компенсации перегрузки средней Аазы и вибратора для очистки электрофильтра 22 и периферийных трубопроводов 12. 1(орпус и полый зал 10 выполнены из ферромагнитного материала, например из никеля или его сплавов (пермалой, пермадюр) . Юнек 13 выполнен из парамагнитного электропронодящего материала, например из меди. Перегородки :4 и 7 выполнены из диэлектрического материала, например из фторопласта. Полый вал 10 н камере 3 снабжен снаружи никелевой насадкой 23, образующей с корпусом 1 магнитный зазор. Используемые в качестве магннтопронода корпус 1 и полый вал 10 покрыты фторопластом. Подключение средней перегруз<енной фазы выполнено через скользящие медногра<»итовые контакты 24 и 25. Устройстно, реализующее предложенный способ, работает следующим обра»зом. Подлежащую тепловой обработке суспензию, например осадок сточных нод, с температурой 10-20 С, влажностью 94-99%, подают насосом под давлением 10-16 атм через неподви><ный нходной патрубок 2 н цилиндрическую приемную камеру 3 со скоростью 0,5-2,0 м/c„ где суспензия приобретает вместе с,няющими их сквозными периферийными трубопроводами 12 для отвода шлама и полым валом 10 для отвода чистой воды, вращательное движение. Из приемной камеры 3 суспензия поступает через отверстие 6 н перегородке 5 в продольную часть корпуса 1 сегментного сечения, отделенную от нторой ее половины вращающейся продольной плоской хордальной перегородкой 7, где приобретает сложное винтообразное ламинарное вращательное и поступательное вдоль корпуса движение. Поступая н зону расположения и конце корпуса нагревательных элементов 8, суспензия нагревается до необходимой температуры проходящим через него током, что вызывает значительное повышение его нл,агоотдачи и полное ее обезза раживание. Одновременно поток сус пензии центробежными силами разделяется на фракции с различным удельным весом, например, на воду и шлам, а периодическое закрывание входного патрубка 2 стенкой трубопровода 12 вызывает гидравлические удары. Разделенная суспензия дальше поступает через отверстие 9 н перегородке 7 во вторую часть в корпусе, где, возвра-,: щаясь по винтообразной траектории, охлаждается стенкой корпуса, омываемой холодными потоками исходной суспензии, одновременно нагревая последнюю. ОЧищенная и охлажденная вода отводит791655 а — коэффициент температуропроводности трубы, м /c; К вЂ” общий коэффициент теплопередачи регенеративного тепло2Ф обменника Вт/м- С; где 65 ся через электрофильтр и полый вал 10 с тангенциальными выходными патрубками в качестве привода 11 вращения, вызывая реактивной силой выходящей струи вращательное движение полого вала 10 с насажденными на нем перегородками 7, 4, 5 и шнеком 13. Охлажденный шлам под давлением насоса 10-16 атм по периферийным трубо-. проводам 12 камеры 3 подается в торцовую камеру корпуса со шнеком 13, который выдавливает егo через сливной выходной патрубок,15. Вытекающая через радиальный трубопровод с тан- . генциальными выходными патрубками в качестве привода 11 вращения струя очищенной воды отражается и собирается защитным кожухом 17, откуда отводится через сливной патрубок 18. В случае недостаточной мощности и скорости реактивного привода 11 вращения полого вала 10, превышения допусти-мой неравномерности нагрузки по фазам при использовании только трех кольцевых электродов 19 и засорении отводящих шлам .трубопроводов 12 и фильтрующего элемента 22 включают периоди- 25 чески вспомогательный однофазный электродвигатель на недогруженные крайние фазы. Непрерывная очистка злектрофильтра 22 и отводящих шлам периферийных трубопроводов 12 осущест-)Q вляется вибрацией полого вала 10 в качестве магнитного сердечника, а перегрузка средней фазы компенсируется включением в нее в качестве индуктивного сопротивления шнека 13 на валу 10. Таким образом, в предложенном устройстве совмещены функции объемного нагрева электрическим током, центробежной и электрической сепарации суспензии, импульсного контактного тепло массообмена между исходными термообработанным ее потоками через внутреннюю поверхность стенки корпуса,а также предотвращения образования накипи и пригара и глубокого обезвоживания от- Q5 деленного шлама шнеком 13. Оптимальную угловую скорость вращения суспензии ь об/мин, а следовательно, и оптимальную частоту импульсов теплообмена (имп/с) через 50 стенку корпуса толщиной а (м)устанавливают равной В, —,что приводит к уменьшению второго слагаемого общего сопротивления ().д,5 ) регенеративного теплообменника в — Раза 15 т. е. и 4Sn г ф. 060С К d. с5 Л Ас. А, . — коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы и от стенки трубы к суспензии, Вт/м, С; то rn — коэффициент, учитывающий физические свойства суспензии и трубы (давление, плотность, суспензии, материал трубы и др); коэффициент теплопроводности материала стенки трубы, Вт/м с Так как тепло передается максимально на толщину стенки трубы а, поэтому потери тепла отсутствуют, что повышает эффективность обработки. Вращение разделенных суспензий и теплоносителя в общем цилиндрическом корпусе приводит к импульсному тепломассообмену между внутренней поверх-ностью регенерирующей тепло стенки корпуса и суспензий с одной стороны и противонаправленному импульсному тепломассообмену между нагретой суспензией — теплоносителем и внутренней поверхностью корпуса с другой стороны. Такой импульсный тепломассообмен достигается за счет возникающих при вращении перегородки 7 поочередного омывания потоками суспензии теплоносителя и исходной суспензии общей внутренней поверхности трубы, разделения суспензий на фракции центробежными силами и пульсирующего разрыва потока суспензии периодическим его перекрытием на входном патрубке 2 вращающимся трубопроводам 12. Эффективное сепарирование суспензии происходит за счет центробежной силы 1000 кт/л, возникающей при вращении суспензии продольной перегородкой 7 вокруг оси трубы. Процесс сепарирования интесифицируется также нондеромоторной силой, возникающей в неоднородном электрическом йоле с градиентом радиальной неоднородности 1,0-40,0 В/см,образованном кольцевыми электродами 19,и механическими колебаниями злектрофильтра с частотой 50-22000 Гц, возникающими при прохождении переменного электрического тока через обмотку на магнитном сердечнике в виде шнека 13 на полом валу 10. Пример. Осадок сточных вод плотностью 1,05 г/см, влажностью 99% с удельным сопротивлением фильтрации 200 10" см/г подают насосом под напором 10 атм через .входной патрубок 2 через приемную кольцевую камеру 3 в стальном корпусе в отделенную продольной хордальной плоской фторопластовой перегородкой 7 продольную половину корпуса. В корпусе осадок нагревают электрическим током плотностью 0,5 а/см и напряженностью 100 В/см до 180 С, затем нагретый осадок— теплоноситель перемещают через отверстйе 9 в перегородке 7 в другую продольную половину корпуса, откуда 791655 пропускают сквозь приемную кольцевую ,камеру 3 периферийным трубопроводом ц торцовую часть корпуса, при этом помещенные в общий корпус встречные потоки поступающего осадка и термообработанного осадка - теплоносителя одновременно вращают разделяющей их продольной перегородкой 7 вокруг оси корпуса с оптимальной скоростью 10 об/с, установленной по выше приведенному соотношению при А=7, 8<10 м7с, m=1 вследствие чего между этими потоками происходит теплообмен через омываемую ими поочередно общую внутреннюю поверхность корпуса толщиной стенки а = 2, 5 мм и обезвоживание осадка центробежными силами. Коэффициент 15 теплопередачи при этом составляет ,.1500 Вт/м. град. В результате такого теплообмена поступающий осадок в течение 5 мин нагревается теплоносителем от 15 20 до 165 С, а нагретый током за 1 мин от 165 до 180 С осадок — теплоноситель охлаждают за те же 5 мин до 30 С. о Вла годар я возникающей при враще нии центробежной силе в 100 нт/л осадок 2 в течение 5 мин уплотняют до 90% влажности . Проц :сс: уплотнения осадка интенсифицируют так же пон,церомоторной силой 20 нт/л, возникающей при нагреве осадка электрическим током р1 с радиальной неоднородностью электрического поля 10 В/см . Скользящим по внутренней поверхности корпуса. вращением перегородки 7 одновременно предотвращают образование накипи и пригара в корпусе. Воздействием переменного тока частотой 50 Гц вибрирующий сердечник с обмоткой в виде полого вала 10 со шнеком непрерывно очищают электрофильтр 22,а центробежной силой 1000 нт . №О электрофильтр 22 периодически очищают включением электродвигателя 16. Пропущенный через. периферийный тру.бопровод 12 уплотненный термообработанный осадок с удельным сопротивле- 45 кием фильтрации 2 10 < г/см и влажностью 90Ъ обезво><ивают шнеком 13 до 75 5, а очищенную воду отводят через электрофильтр 22 полым валом 10. Таким. образом, повышение эффектив- 50 ности тепловой обработки осадка способом тепловой обработки суспензий и в устройстве для его осуществления по системе Г,С.Кучеренко по сравнению с известным решением проявляется в снижении температурного напора между исходным и термообработанным осадком с 50 до 16 градусов за счет повыщения коэффициентов теплопередачи между исходным и термообработанным осадком с 500 Вт/м .град до 1500 Вт/м, град,что соответствует снижению расхода тепла с 50 до 16 кВт/ч/ГлЗ обрабатываемого осадка и в уменьшении продолжительности тепловой обработки с 20 мин до 5 мин, а влажности уплотненного осадка с 94 до 90%. Кроме того, в предложенном решении сопротивление фильтрации осадка снижается с 200 10"О до 2 ° 10"0см/г вместо 30 10 см/г, тепловые потери о с поверхности трубы в окружающую среду при и 10 об/ с отсутствуют . Благодаря указанным преимуществам приведенные затраты на тепловую обработку осадка сточных вод в способе тепловой обработки суспензий и устройстве для его осуществления по системе Г.С.Кучеренко снижаются до 10-20 копеек/м, вместо 1-2 рублей на 1 <л обрабатываемого осадка. формула изобретения 1.Способ тепловой обработки суспензий, включающий подачу исходной суспензии, нагрев и перемещение ее в цилиндрическом корпусе, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения эффективности тепловой обработки за счет регенерации тепла и импульсного теплообмена, нагретую суспензию перемещают во встречном направлении к исходной и одновременно вращают Овокруг оси корпуса. 2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее цилиндрический корпус с патрубками входа и выхода .суспензии, узел перемещения Ъ суспензии, размещенный на валу с приводом, и нагревательные элементы, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что узел перемещения суспензии выполнен в виде закрепленной на валу продольной плоской перегородки и устройство снабжено размещенной под патрубком входа суспензии приемной кольцевой камерой в виде прикрепленных к валу двух поперечных перегородок с отверстиями и сквозными трубопроводами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент СР1А 9 3792042, кл. 159-2, опублик.1973. 2. Шеин В.С. и др. Оборудование и методы сушки синтетических каучу-. ков. И., 1975, .ЦНИИТЭИ Нефтехим, с, 66, оис. 26. 791655 Составитель Л. Суханова Техред A. Ач Корректор Н. Стец Редактор Т. Пилипенко филиал ППП Патент, г..уагород, ул. Проектная, 4 Заказ 9375/19 Тирам 1020 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, а-35, Раушская наб., д. 4/5
