Устройство для сушки полидисперсных материалов
Владельцы патента RU 2301386:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (RU)
Изобретение относится к технике сушки, в частности к устройствам для проведения тепло- и массообменных процессов, а именно к конвективной сушке полидисперсных материалов, и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и смежных с ними отраслях промышленности. В устройстве для сушки полидисперсных материалов, содержащем вихревую камеру с входным патрубком для ввода газовзвеси, съемную крышку, центральную трубу, отбойное кольцо, имеющее экранный выступ овальной формы, выполненное сменным для регулирования удерживающей способности камеры, новым является то, что на внутренней поверхности вихревой камеры размещены лопатки, выполненные таким образом, что их вогнутая поверхность направлена навстречу движению газовзвеси, в качестве входного патрубка используют устройство для получения газовзвеси, состоящее из загрузочного бункера исходного влажного полидисперсного материала, патрубка для ввода горячего теплоносителя и разгонного участка, кроме того, вихревая камера снабжена осадительным циклоном, причем центральная труба снабжена отражателем и выполняет роль выхлопной трубы для вывода отработанного теплоносителя. Изобретение должно обеспечить повышение качества высушиваемого продукта, интенсифицировать процесс тепло- и массообмена, предотвратить комкование материала, исключить застойные зоны. 3 ил.
Изобретение относится к технике сушки, в частности к устройствам для проведения тепло- и массообменных процессов, а именно к конвективной сушке полидисперсных материалов, и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и смежных с ними отраслях промышленности.
В настоящее время в промышленности широко используется техника взвешенного слоя с закрученными потоками теплоносителя в качестве одного из наиболее эффективных средств интенсификации процесса сушки дисперсных материалов.
Однако процесс сушки полидисперсных материалов может осложняться комкованием частиц, налипанием частиц обрабатываемого материала на стенки сушилки. Особенно подвержены этому явлению высоковлажные полидисперсные материалы. Агрегатирование частиц приводит к неравномерной обработке и, как следствие, к ухудшению качества готового продукта. Образующиеся в процессе сушки комки можно дезагрегатировать как механическим воздействием (различные ворошители, колеблющиеся устройства и т.д.), так и созданием различных активных гидродинамических режимов в сушильных устройствах.
Второй способ дезагрегации более предпочтителен, так как он позволяет:
- упростить конструкции сушильных устройств;
- благодаря особой аэродинамической структуре циклонных и вихревых потоков создавать благоприятные условия для проведения процессов тепло- и массообмена между газовой фазой и обрабатываемым материалом;
- использовать такой вид сушки, при котором каждая частица полидисперсного материала получала бы необходимое количество энергии для фазового превращения содержащейся в ней влаги без образования крупных соединений частиц.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является вихревая сушилка, содержащая вихревую камеру с входным патрубком для ввода исходной газовзвеси, съемную крышку, трубу, служащую для перекрытия мертвой зоны вихря, отбойное кольцо, имеющее экранный выступ овальной формы, выполненное сменным для регулирования удерживающей способности камеры. Отверстие в днище камеры соединяет ее с улиткой и выходным патрубком. [Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов. - М.: Химия, 1988, с.301-302 и рис.7-30.]
Недостатками известной конструкции являются:
- недостаточно высокое качество высушиваемого материала, так как при сушке не учитывается дезагрегация комкующихся полидисперсных материалов;
- возникновение застойных зон вследствие налипания влажного материала на стенки вихревой камеры;
- невысокая интенсивность процесса сушки;
- необходимость в дополнительном оборудовании для получения исходной газовзвеси;
- необходимость в дальнейшем пылеотделительном (разделительном) оборудовании.
Технической задачей изобретения является повышение качества высушиваемого продукта, интенсификация процессов тепло- и массообмена, предотвращение комкования и исключение застойных зон полидисперсного материала.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для сушки полидисперсных материалов, содержащем вихревую камеру с входным патрубком для ввода газовзвеси, съемную крышку, центральную трубу, отбойное кольцо, имеющее экранный выступ овальной формы, выполненное сменным для регулирования удерживающей способности камеры, новым является то, что на внутренней поверхности вихревой камеры размещены лопатки, выполненные таким образом, что их вогнутая поверхность направлена на встречу движению газовзвеси, в качестве входного патрубка используют устройство для получения газовзвеси, состоящее из загрузочного бункера исходного влажного полидисперсного материала, патрубка для ввода горячего теплоносителя и разгонного участка, кроме того, вихревая камера снабжена осадительным циклоном, причем центральная труба снабжена отражателем и выполняет роль выхлопной трубы для вывода отработанного теплоносителя.
Технический результат заключается в повышении качества высушиваемого продукта, интенсификации процессов тепло- и массообмена, предотвращении комкования материала, исключении застойных зон материала путем создания высокоактивного гидродинамического режима взаимодействия теплоносителя с частицами полидисперсного материала, при котором достигается максимальная скорость и обеспечивается наибольшая активная поверхность контакта фаз.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства для сушки полидисперсных материалов; фиг.2 - вид сверху; фиг.3 - разрез А-А.
Устройство для сушки полидисперсных материалов состоит из вихревой камеры 1, на внутренней поверхности которой размещены лопатки 2, выполненные таким образом, что их вогнутая поверхность направлена на встречу движения теплоносителя, снабженной устройством 3 для получения газовзвеси, состоящим из загрузочного бункера 4 исходного влажного полидисперсного материала, патрубка 5 для ввода горячего теплоносителя и разгонного участка 6, съемной крышки 7, отбойного кольца 8, имеющего экранный выступ овальной формы, выполненного сменным для регулирования удерживающей способности камеры, осадительного циклона 9, центральной трубы 10 с отражателем 11.
Устройство работает следующим образом.
Исходный влажный полидисперсный материал через загрузочный бункер 4 поступает в зону разгонного участка 6. Одновременно через патрубок 5 в нее подается горячий теплоноситель (воздух). В разгонном участке 6 происходит распределение частиц влажного полидисперсного материала в потоке горячего теплоносителя с образованием газовзвеси и осуществляется предварительная подсушка. В этой зоне происходит также разгон частиц до скорости, обеспечивающей циркуляцию материала в аппарате.
В вихревой камере создается максимальное давление, поэтому для подачи материала необходимо, чтобы в нижней части загрузочного бункера, сообщающегося с камерой, давление было равно давлению в вихревой камере. Это обеспечивается плотным соединением бункера с загрузочной щелью и наличием в бункере во время работы достаточного количества материала, который предотвратит проникновение газового потока из камеры в бункер.
Из устройства 3 газовзвесь тангенциально подается в вихревую камеру, где интенсивно происходит процесс сушки. Поток теплоносителя вместе с частицами материала совершает сложное циркуляционное движение вдоль окружности аппарата, увеличивая при этом свою скорость.
Тангенциальная скорость частиц обуславливает возникновение центробежной силы, которая отбрасывает частицы от центра вихревой камеры к ее стенкам, образуя взвешенно-закрученный слой - вращающееся кольцо. При этом процесс сушки протекает в неустановившемся режиме при высоких относительных скоростях частиц материала и теплоносителя, а значит, характеризуется высокой интенсивностью, то есть при этом увеличивается центробежная сила, действующая на частицы, и, следовательно, увеличивается сила трения между частицами и стенками сушильной камеры 1, что приводит к истиранию крупных частиц с непрерывным обновлением их поверхности.
Если для монодисперсных систем вероятность пребывания отдельных частиц в камере одинакова, то для систем, состоящих из частиц различного размера и плотности, легкие и мелкие частицы имеют большую вероятность покинуть камеру, чем крупные и тяжелые. Среднее время пребывания в камере частиц мелких размеров меньше, чем крупных. Это обстоятельство имеет определенное преимущество, поскольку нагревание и сушка мелких частиц происходит значительно быстрее, чем крупных.
Естественно, что в некоторых случаях неравномерность пребывания частиц в аппарате, вызванная различием в их размере, может иметь и отрицательные последствия, когда фактическое время пребывания отдельных фракций не соответствует требуемой продолжительности обработки их, следствием этого может быть недостаточная сушка отдельных частиц. При накоплении недостаточно высушенных крупных частиц и вновь поступивших влажных происходит перенасыщение их, происходит комкование, а также налипание частиц на стенки камеры и осуществляется так называемый «завал» вращающегося слоя, что приводит к уносу недостаточно высушенных частиц.
Благодаря замкнутым лопаткам, размещенным на внутренней поверхности вихревой камеры 1, и газовзвесь, и крупные комки влажного полидисперсного материала закручиваются и ударяются о загнутые лопатки, вогнутая поверхность которых направлена на встречу движения газовзвеси, и происходит разрыв вращающегося слоя, образуются локальные вихри, интенсифицирующие процесс сушки с одновременной дезагрегацией крупных комков материала за счет локального перемешивания и взаимного соударения отброшенных комков о выступы загнутых лопаток.
По мере высыхания частицы высушенного продукта за счет вновь вводимого материала постоянно захватываются потоком воздуха и выносятся через центральное отверстие в нижней части вихревой камеры 1 в осадительный циклон 9, где происходит интенсивное разделение высушенной твердой и отработанной газовой фаз потока. Сухой продукт выводится через отверстие в конической части осадительного циклона 9, а отработанный сушильный агент проходит через отражатель 11, который осуществляет сепарацию взвешенных частиц и выводится в атмосферу через центральную трубу 10, выполняющую роль выхлопной трубы и служащей одновременно для перекрытия мертвой зоны вихря в камере.
Таким образом, предлагаемое устройство для сушки полидисперсных материалов имеет следующие преимущества:
- выполнение вихревой камеры таким образом, что на внутренней поверхности размещены лопатки, причем их вогнутая поверхность направлена на встречу движения теплоносителя, обеспечивает качественную дезагрегацию комков полидисперсного материала и исключает образование застойных зон;
- наличие питателя, патрубка для ввода теплоносителя и разгонного участка позволяет получать газовзвесь непосредственно перед входом в вихревую камеру, не требуя дополнительных сложных устройств;
- так как сушилка позволяет разделять газовзвесь на высушенную твердую и отработанную газовую фазы, то она является сушилкой безуносного типа;
- использование предлагаемого устройства позволяет повысить качество сушки с обеспечением равномерности сушки всех классов комкующегося полидисперсного материала;
- предлагаемое устройство для сушки полидисперсных материалов является универсальным, то есть оно может использоваться во всех отраслях промышленности, где необходима сушка полидисперсных материалов.
Устройство для сушки полидисперсных материалов, содержащее вихревую камеру с входным патрубком для ввода газовзвеси, съемную крышку, центральную трубу, отбойное кольцо, имеющее экранный выступ овальной формы, выполненное сменным для регулирования удерживающей способности камеры, отличающееся тем, что на внутренней поверхности вихревой камеры размещены лопатки, выполненные таким образом, что их вогнутая поверхность направлена навстречу движению газовзвеси, в качестве входного патрубка используют устройство для получения газовзвеси, состоящее из загрузочного бункера исходного влажного полидисперсного материала, патрубка для ввода горячего теплоносителя и разгонного участка, кроме того, она снабжена осадительным циклоном, причем центральная труба снабжена отражателем и выполняет роль выхлопной трубы для вывода отработанного теплоносителя.
