Устройство для тепловой и фракционной обработки диэлектрических материалов

 

Использование: тепловая обработка жидких и твердых диэлектрических материалов в химической, медицинской и пищевой промышленности. Сущность изобретения: устройство для тепловой и фракционной обработки диэлектрических материалов содержит камеру, емкость, занимающую весь объем камеры, дефлегматор, конденсатор, коллектор, трубопроводы, источники СВЧ энергии, облучатель, обеспечивающий в камере поле бегущей волны СВЧ, блок управления и датчики температуры. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам тепловой обработки диэлектрических материалов и может быть использовано для термической обработки жидких и твердых диэлектрических материалов в различных областях промышленности, например, в химической, медицинской, пищевой. Преимущественным применением изобретения является получение коньячного спирта в винодельческой промышленности.

Известен перегонный аппарат шарантского типа [1] имеющий в своем составе куб, подогреватель, дефлегматор и систему трубопровода.

Основными недостатками известного аппарата являются инерционность и локальное размещение нагревателя, обуславливающие большой разброс температур в объеме перегонного куба и высокую инерционность процесса обработки. Вследствие этого, известный аппарат имеет низкую производительность, не позволяет производить тонкое фракционирование и отличается низким качеством обработки ввиду нежелательных физико-химических изменений обрабатываемого материала.

Наиболее близким к изобретению является устройство для вакуумной перегонки жидкостей [2] содержащее камеру, размещенную в ней емкость для жидкости, вакуум-насос, конденсатор и коллектор для сброса конечного продукта, систему трубопроводов, а также микроволновый источник с облучателем, который генерирует микроволновое излучение и направляет его в камеру для нагревания жидкости. Известное устройство отличается простотой конструкции, повышенной производительностью и экономичностью. Однако, используемый в этом устройстве диэлектрический нагрев жидкости в поле стоячей волны сверхвысокой частоты (СВЧ) характеризуется значительным разбросом температур в нагреваемом объеме и невысокой интенсивностью процесса, что отрицательно сказывается на эффективности фракционной перегонки и качестве конечного продукта.

Цель изобретения интенсификация и улучшение качества тепловой и фракционной обработки диэлектрических материалов за счет повышения скорости и равномерности объемного нагрева.

Предлагаемое устройство отличается тем, что в состав известного устройства, содержащего камеру, размещенную в ней емкость, конденсатор, коллектор, систему трубопроводов и источник СВЧ энергии с облучателем, введены блок управления, датчики и дефлегматор, емкость занимает весь объем камеры, а конструкция излучателя обеспечивает в камере 1 поле бегущей волны.

Совокупность вновь введенных конструктивных признаков не следует явным образом из уровня техники, поэтому предлагаемое устройство для тепловой обработки диэлектрических материалов следует считать новым и имеющим изобретательский уровень.

На чертеже изображено устройство для тепловой обработки диэлектрических материалов.

Устройство содержит камеру 1, емкость 2, дефлегматор 3, конденсатор 4, коллектор 5, трубопроводы 6, источник СВЧ энергии 7, облучатель 8, блок управления 9 и датчики температуры 10 12.

Емкость 2 расположена в камере 1 и занимает весь ее объем. Нижняя стенка камеры 1 и емкости 2 выполнены из радиопрозрачного диэлектрика. В камере 1 и емкости 2 имеются запредельные для СВЧ энергии отверстия для подсоединения трубопроводов 6, служащих для загрузки и выгрузки обрабатываемого диэлектрика. Вход облучателя 8 подключен к выходу источника СВЧ энергии 7, а выход соединен с нижней стороной камеры 1 таким образом, чтобы в ней формировалась бегущая волна СВЧ. Дефлегматор 3 размещен над камерой 1 и соединен с ней. Конденсатор 4 связан трубопроводами 6 с дефлегматором 3 и коллектором 5. Для сбора конечного продукта из коллектора 5 выведен трубопровод 6. Блок управления 9 подключен к источнику СВЧ энергии 7 и датчикам температуры 10 12, размещенным на камере 1, дефлегматоре 3 и коллекторе 5. С помощью датчиков температуры производится контроль температурного режима.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемый диэлектрик, например, виноматериал, загружается через трубопровод 6 в емкость 2, размещенную в камере 1. Мощность от источника СВЧ энергии 7 посредством облучателя 8 подается в камеру 1, причем облучатель 8 имеет конструкцию, обеспечивающую формирование в камере 1 поля бегущей волны. В результате полного и равномерного поглощения энергии СВЧ обрабатываемый диэлектрик равномерно по всему объему и быстро нагревается до требуемой температуры.

При этом в дефлегматоре 3 происходит тонкое разделение фракций обрабатываемого диэлектрика. Выделяемая фракция охлаждается и конденсируется в конденсаторе 4, куда поступает по трубопроводу 6 и собирается в коллекторе 5, откуда и может быть выведена через трубопровод 6. По окончании выделения очередной фракции температура обрабатываемого диэлектрика автоматически повышается с помощью источника СВЧ энергии 7 до температуры кипения или парообразования следующей фракции. Цикл обработки повторяется. Блок управления 9 на основании информации от датчиков температуры 10 12 соответственно, контролирует ход процесса обработки диэлектрика и, с учетом его вида и электрофизических характеристик, регулирует выходную мощность источника 7 СВЧ энергии и продолжительность обработки. Обрабатываемый диэлектрик или его фракция с наибольшей температурой кипения выводится из емкости 2 через трубопровод 6.

При обработке твердых диэлектриков загрузка и выгрузка производится с помощью емкости 2, которая вынимается из камеры 1. Кроме этого, отсоединяется дефлегматор 3, а коллектор 5 через трубопровод 6 подключается к выходному отверстию камеры 1.

Предлагаемое устройство обеспечивает высокую скорость и равномерность объемного нагрева обрабатываемого диэлектрика, что значительно сокращает время обработки диэлектрика, позволяет уменьшить возможные изменения физико-химических свойств продукта и существенно повышает эффективность и чистоту разделения фракций даже при незначительной разнице в их температурах кипения. Реализация режима бегущей волны СВЧ в камере 1 дает возможность не только обеспечить равномерность температуры по всему объему обрабатываемого диэлектрика, но и за счет полного поглощения диэлектриком энергии СВЧ поля значительно снизить энергозатраты.

Камера 1, емкость 2 и облучатель 8 могут быть выполнены подобно предложенным в [3] При этом камера 1 и облучатель 8 заключены в металлический кожух (не показан), обеспечивающий теплоизоляцию, а также выполняющий роль электромагнитного экрана. Источник СВЧ энергии 7 реализуется на магнетроне. Блок управления 9 контролирует исправность источника СВЧ энергии 7 и управляет его работой на основании информации, поступающей на его вход от датчиков температуры 10 12 и заданного оператором режима обработки. Тип первичного преобразователя и конкретная реализация датчиков температуры 10 12 определяются областью применения устройства. Остальные блоки и узлы устройства могут быть реализованы аналогично соответствующим блокам и узлам классического аппарата шарантского типа.

Таким образом, предлагаемое устройство отличается высокой скоростью и равномерностью объемного нагрева диэлектрика, позволяет значительно интенсифицировать тепловую и фракционную перегонку, улучшить качество обработки, снизить энергозатраты.

Источники информации 1. Нягу И.Ф. Производство коньяка и кальвадоса в Молдавии. Кишинев: Картя Молдавеняскэ, 1978.

2. Международная заявка N 92/09351. кл. B 01 D 3/10, опублик. 92.06.11. N 13. Устройство для вакуумной перегонки жидкостей (прототип).

3. Авторское свидетельство СССР N 438144, кл. H 05 B 9/00; G 01 R 35/00, 1974 г.

Формула изобретения

Устройство для тепловой и фракционной обработки диэлектрических материалов, содержащее камеру, размещенную в ней емкость, конденсатор, коллектор, систему трубопроводов и источник СВЧ-энергии с облучателем, отличающееся тем, что в его состав введены блок управления, датчики температуры и дефлегматор, емкость занимает весь объем камеры, а конструкция облучателя обеспечивает в камере поле бегущей волны.

РИСУНКИ

Рисунок 1