Аппарат для теплообмена и перемешивания жидких сред

(51)5 В ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ .СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 8 У(57) Иэобретеоборудованиехимико-технолких средах, тробмена межтеплохладэген юл, М 41оизводственноеобъединение ий научно-исследовательский рский инсгитут химического ия"едев, М.П.Уманский, В.Н;По-, овлев и В.С.Живилов свидетельство СССР В 01 Е 7/16, 1974.ДЛЯ ТЕПЛООБМЕНА И ПЕИЯ ЖИДКИХ СРЕДние относится к реакторному для проведения различных огических процессов в жидебующих интенсивного теплоду реакционной средой и том и перемешивэния обраИзобретение относится к реэкторному оборудовэнию для проведения различных химико-технологических процессов в жидких средах, требующих интенсивного тепло- обмена между реакционной средой итеплохладагентом и перемешивания обрабатываемой среды. Наибольшее применение оно найдет для проведения процессов синтеза полимерных материалов (эмульсионного полистирола, поливинилэцетэтной дисперсии и др.) и глицеролиза саломэса для получения пищевых поверхностно-активных веществ.Целью изобретения является повышение производительности эппэрата,На фиг.1 приведен продольный разрез конструктивной схемы аппарата; на фиг.2 - разрез А - А нэ фиг.1; нэ фиг.З - узел 1 нэ фиг,1; на фиг.4 - вариант выполнения перемешивэющего устройства при обработке о.Ы 2 оп 1 773468 А 1 батываемой среды. Наибольшее применение оно найдет для проведения процессов синтеза полимерных материалов (эмульсионного полистирола, поливинилэцетатной дисперсии и др.) и глицеролиза саломаса для получения пищевых поверхностно-активных веществ, Изобретение решает зэдэчу повышения производительности путем интенсификации теплообменэ 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 виткэ по периметру. 1 з,п. ф-лы, 5 ил. 1 табл. жидких сред повышенной вя нэ фиг,5 - рэзрез Б - Б на фиг,4,Аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с эллиптическими днищем и крышкой, теплообменную рубашку 2, вэл 3 с перемешивэющим устройством, выполненным иэ 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 вэл 3, герметизация которого осуществляется уплотнением 8. На крышке и днище располагаются пэтрубки 9 и 10 для подвчи реагентов и вывода готового продукта. Пластины 4 перемешивающего устройства крепятся к валу ступицами 12 с помощью спиц 11, привэриваемых как к ступицам 12, так и к пластинам 4.Для обработки среповышенной 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 5 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 (й) 15 пропорциональна частоте вращения (и) перемешивающего устройства в третьей степени (й = пз).Для обработки сред повышенной вязкости, как уже было отмечено, более оптималь ным будет выполнение аппарата сперемешивающим устройством в виде цилиндра 13 с боковыми окнами 14. При вращении наклонные перегородки 15 захватывают обрабатываемую среду и пере 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/минизбыточное 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 тепло- обменные витки труб 6 будет происходить более интенсивно и на большее расстояние.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 расчетно- опытных работ аппаратов вместимостью 0,063 мЗ, приведенными в таблице.Приведенные данные показывают, что 50 аппарат для теплообмена и перемешиванияпо предлагаемому техническому решению обеспечивает повышение удельной производительности, по сравнению с прототипом, на 19, при увеличении коэффициента55 теплоотдачи а на 30%,Формула изобретения 1. Аппарат для теплообмена и перемешивания жидких сред, содержащий цилиндрический корпус, внутри которогорасположен 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 икаждый соответствующий ему ряд сопл установлены в одной горизонтальной плоскости и их оси симметрии соосны.52.Аппарат по п.1, отлич а ю щийс ятем, что полый цилиндр снабжен наклонными перегбродками, размещенными на его внутренней поверхности, направленными в 10 сторону вращения цилиндра и перекрывающими выходные отверстия сопл,изаодственно-издательский комбинат "Патент", г, Чжгород, ул.Гагарина, 101 аказ 875 ТиражВНИИПИ Государственного комит113035, Москва Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР