Способ плавления иили кристаллизации веществ

НИЯ ВТОРСКОМУ ДЕТЕЛЬСТ чес кимиьзованоции разлон, вклюидкой Фаллизацию ермодинамить испол оптимиза ию ток ожет ботке ибменных ричньая зр ас ЛН СССР епло"лавлебретеонвекпро ес В, Приход ассоперенос ние и/или крист е ние ние обеспечива управлосом,коре енко В,Нраций набинарных Роман е виб оздеиствие на тал оз уждаемых с тел с остр ристалинск:79-385 изациязд-во ра ю и направл вердого тел и с заданно а частоту и мых зависим г КРИСТЛЛ 1 Я И в ции нод прав сит о наг иг. 2 онами ева откр процес лению термоди может быть ис ке и оптимиза менных процес еждзаци зрабо сооб- еплорастворе онтально - процес в го фи однот оаваации в ещества и ремеши рывной боковым р 1 Н я расп ассоперенос Пель изоб ективным маение ко и и ег крист нагр фиг зован ния и не ел спе контеинерПримгаемьп спосзации заслон волю, 1 пр оцеседл аоптимиренияндричеен на испол плавл для исп ема еры ного помещекото внутри пломас са хар вещества 1,кий тигельподстанке 3 к устан нагреолетем,чатого аданных ших опти- массоопе нателя 4, этого про ктери аксим ь что расплавратуру у стечего в распл мее ьтат с плав- боковороц вия ограСОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ(57) Изобретение от бретение относится к юческими потока пользовано приции различных мсов, включающихв жидкой фазе,етения - управсопереносом, о ние за счет этого ускорени са и снижения энергозатрат Изобретение поясняется сна которых представлены приуправления тепломассопереножидкой фазе путем созданияструктур конвекции, позволямизировать условия различныхобменных процессовНа фиг. 1 изображен пления и испарения н усло С 30 В 11/00, 30/6 тинным массоперепроцессов и снижСпособ включает ение энергозатрат.нагрев вещества иидкую фазу вибраций помощью системы тверями кромками. Конфигуение колебаний каждо а выбирают в соответй структурой конвекамплитуду - из приостей, 3 ил,того тигля; намассообмена м ния и кристалли м слое раствора с плавления исх ок тигля, в резу ве имеет место твитационнал конвекция, структура которой показана штриховой линией 5.При. этом вблизи стенок движение расплава направлено вверх, а в центретигля - вниз, и температура расплавана поверхности существенно превышаеттемпературу плавления, при которойнаходится расплав в нижней части тигля на границе с твердым веществом 6,В условиях перегрева расплава вблизистенок может происходить его разложение, а с поверхности - интенсивноеиспарение,Оптимизация условий этих процессов 15заключается в снижении перегрева расплава Для этого задается структураконвекции, изображенная линией 7,при которой движение расплава в центренаправлено вверх, а у стенок - вниз.лл ее создания твердое тело в видедиска 8, закрепленное с возможностьювертикальных колебаний, приводится вконтакт с поверхностью расплава(крепление диска на Лиг, 1 не показа 25но). В конкретном случае ппавления нитрата натрия (скорость звукал 1500 м/с, вязкость 3, 17 мПа с) втигле диаметром 65 мм и высотой 60 ммпри диаметре диска 17 мм частота колебаний взята равной 78 Гц, что меньше предельной величины " 20000 Гц, а,значение амплитуды задано равным0,9 мм, что обеспечивает циркуляциюрасплава во всем объеме тигляСоздан.нал структура конвекции позволяетснизить перегрев расплава на 30 Спри полном расплавлении вещества.П р и м е р 2, Па йиг. 2 предлагаемый способ использован для оптимиза 40ции условий массообмена между зоной8 растворения и зоной 9 кристаллизации в горизонтальном слое раствора10, содержащегося в сосуде 11,В этом процессе скорость массообмена ограничена скоростью дифйузионного переноса растворенного вещества от зоны растворения к зоне кристаллизации, Оптимизация заключаетсяв увеличении скорости переноса растворенного вещества, Пля этого задается структура конвекции в растворе,которая характеризуется циркуляциовным потоком, простирающимся от однойзоны к другой. Для ее создания конфигурация системы твердых тел выбира-.55ется в виле вертикальной аластины 12,частично погруженной в раствор изакрепленной с возможностью горизонтальных колебаний, и горизонтальнойпластины 13, приведенной в контакт споверхностью раствора и закрепленнойс возможностью вертикальных колебаний(крепление пластин 12 и 13 на Фиг. 2не показано).При малых амплитудах колебаний упластины возникают циркуляционные потоки 14-17, причем при увеличенииамплитуды колебаний потоки 15 и 16 невзаимодействуют и сливаются в одинпоток 18, обеспечивающий переносрастворенного вещества между зонами,а потоки 14 и 17 превращаются в потоки 19 и 20 соответственно, способствующие перемешиванию раствора в зонах. В конкретном случае слоя водного раствора нитрата натрия (скоростьзвука - 1500 м/с, вязкость 1, 1 мПа с)толщиной 100 мм при расстоянии междузонами 250 мм и размерах пластин по50 мм частота колебаний пластины 12выбрана равной 157 Гц, а пластины13 - 168 Гц,что меньше предельнойвеличины 7000 Гц, а значения амплитуд заданы равными 3,25 и 3,15 ммдля пластин 12 и 13 соответственно,что обеспечивает создание структурыконвекции с циркуляционным потоком18, Созданная структура конвекпииобеспечивает пятикратное ускорениепроцесса,П р и м е р 3. На Фиг. 3 предлагаемый способ использован для оптимизации процессов плавления исходного вещества и перемешивания расплава 21 в прямоугольном контейнере 22, при движении которого вниз относительно нагревателя 23 происходит рост кристаллов 24, В исходном процессе тепломассоперенос в расплаве характеризуется наличием циркуляционного потока термогравитационной конвекции, структура которого показана штриховой линией 25. Этот поток, направленный в центре контейнеравниз, вызывает быстрое вертикальное перемещение исходного вещества, непрерывно поступающего на поверхность расплава, что приводит к нарушению стационарности условий кристаллизации вследствие недостаточного прогрева исходного вещества и перемешивания расплава.Оптимизация условий массообменныхпроцессов в данном случае заключается в обеспечении нагрева расплавляемого исходного вещества преимуще 5 16 ственно в верхней части слоя расплава и улучшении перемешивяция расплава по всему объему. Лля этот о заутяется структура коннекции в рясплаве, которая характеризуется наличием расположенных по вертикали взяимодействующих, но це ливающихся циркуляционных потоковЛля ее создания конфигурация системы ".вердых тел выбирается н виде горизонтальных прямоугольных пластин, находящихся ва амплитуду из зависимостиА=(Г)-ст) /(ЗГ3),0,5 0,2 Гскорость звука в жидкой фазе, м/с; 1 Огтте С 0510давяемои т ре.;ультяте образовация укромки тел вихрей и их взаимодействия, Частоту колебаний устанавливаютт,3 условття5Г (С/41контакте с поверхностью расплава, и параллельно им бруска 26 црямоугольного сечения, погруженного н расплав в промежутке между кими, ;тричем все тела могут совершать вертикальные колебания.При малых алтгтлитудах колебдций в этой системе взникяют ттиркуляцтццтные потоки типа обозначенного тотока 27, которые по мере увеличения амплитуд колебаний увелитивдются и вступают во взяилтодейтсттие, приводящее к заданной структуре конвекции с циркуляционными потоками, г.оказанными линиями 28 - 31, Такая структура коццектгии обесттечицает гтланле -ние и нагрев исходного вещества при его циркуляции в потоке 28 и перемешивание расплава во всем объелте зя счет взаимодействия потоков 28-31, ослабляя влияние процесса плавленияня тт 1 оттесс кристаллизации, Б конкретном случае непрерывнойкристаллизации нитрата натрия в контейнере со стороной 100 лм при ширине пластин 32 и 33 и бруса 26 20 мм, высоте бруса 30 мм, высоте слоя расплава 100 мм, расстоянии между ттластинами 32 и 33 20 мм, расстоянии от поверхности расплава гто бруса 26 30 мм частоты колебаний пластин 32 и 33 выбраны равными 157 Гц, а бруса 26 - 73 Гц , что меньше предельной величины л.12000 Гц а значения амплитуд зялдцы равными 0,3 мм для пластин 32 и 33, а для бруса - 1,2 мм, что обеспечивает взаимодействие циркуляциоццых потоков и полное подавление термогравитационной коннекции. Созданная структура конвекции позволяет стаби - лизировать условия непрерывной кристаллизации,Конфигурацию и направление коле -баний каждого твердого тела но всехпримерах выбирают н соответствии сзадаваемой структурой коцттг кции, соз максимальный размер твердого тела, мм;амплитуда, мм;расстояния н направлении от 15Вис 1 острой кромки тела и границы втхря соответственно;Г - частота колебаний, Гц; вязкость жидкой Фазы, мПа с. 20 Формул а изобретения40 Способ плавления и/или кристаллиз".ции веществ, включающий нагревпри воздействии ца жидкую Фазу вибраций, возбуждаемых с помощью системы 45 твердых тел с острыми кромками,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью управления конвективным массопереносом, обеспечения за счет этогоускорения процесса и снижения энергозатрат, конфигураттгтю и направленияколебаний каждого твердого тела выбирают в соответствии с заданнойструктурой коннекции, создаваемой врезультате образования у кромки тел 55 вихрей и их взаимодействия, при этомчастоту .колебаний Г (Гц) каждого тела устанавливают из условия Г ( С/(41.),Использование предлагаемого способа управления тепломассопереносом в25жидкой Фазе позволяет оптимизироватьусловия различных массообменных процессов за счет создания заданнойструктуры конвекпии, от которой существенно зависит пространственное распределение потоков массы и тепла, КакЗОпоказывает анализ и проведенные экспериментальные исследования при использовании предлагаемого способа достигается положительный техцико-экономический эффект, выражающийся в интен 35 сификации мяссоабменттьтх процессов, повышении качества выходного продукта,ресурсосбережении, 1620510а амплитуду колебаний - из зависимостиА=(0-с)/(ЗГЬ),5где С - скорость звука в жидкой Вазе,м/с;- максимальный размер твердоготела, мм; А - амплитуда, мм;П и Й - расстояния в направлении колебаний от острой кромки тела и границы вихря до границы жидкой фазы соответственно, мм;вязкость жидкой фазы, мПа с,1620510 Составитель В.Безбородоваедактор М,Петрова Техред П.Олийнык Коррек Оекм Заказ 4221 Тир НИИПИ Гос а ственногоаж Подписноеуд Р комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 роиэ твенно-издательский комбинат Патент", г, Ужгород, ул, Гагарин