Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для гранулирования удобрений

Изобретение относится к сельскому и лесному хозяйству, а именно к производству гранулированного удобрения преимущественно из отходов производства, например дефекта сахарных заводов или смеси дефекта и чернозема, смываемого с корнеплодов свеклы.

Известно устройство для гранулирования удобрений (см. патент РФ №2465044, МПК В 01J 2/20, опубл. 27.10.2012), содержащее цилиндрическую емкость со штуцером для вывода готового продукта и подвода теплоносителя через форсунки, разделенную на загрузочную камеру со шнеком и камеру сушки гранул посредством классификатора в виде решетки из биметалла и отверстиями в форме усеченного конуса с большим основанием в сторону плоского ножа, установленный под решеткой плоский нож с приводом вращения, причем привод вращения снабжен регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятором давления с датчиком давления, при этом регулятор давления включает блок сравнения и блок задания, причем блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, а выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, который на входе подключен к регулятору скорости привода вращения плоского ножа в виде блока порошковых электромагнитных муфт, кроме того, датчик давления расположен перед форсунками в камере для сушки гранул, при этом на внутренней поверхности каждой из форсунок в виде суживающего сопла выполнены винтообразные канавки, расположенные от входного к выходному отверстиям и касательные которых имеют направление по ходу движения часовой стрелки, а на внутренней поверхности камеры сушки гранул выполнены винтообразные канавки, касательные которых имеют направление против хода движения часовой стрелки.

Недостатком являются дополнительные энергозатраты на привод вращения плоского ножа под решеткой, обусловленные возникающим в загрузочной камере увеличением аэродинамического сопротивления перемещению внутреннего воздуха и соответственно возрастанию его давления при движении исходного материала по шнеку сверху вниз.

Известно устройство для гранулирования удобрений (см. патент РФ № 2564296, МПК В01J 2/20, опубл. 27.09.2015, бюл. № 27), содержащее цилиндрическую емкость со штуцером для вывода готового продукта и подвода теплоносителя через форсунки, разделенную на загрузочную камеру со шнеком и камеру сушки гранул посредством классификатора в виде решетки из биметалла и с отверстиями в форме усеченного конуса с большим основанием в сторону плоского ножа, установленный под решеткой плоский нож с приводом вращения, причем привод вращения снабжен регулятором скорости вращения виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятором давления с датчиком давления, при этом регулятор давления включает блок сравнения и блок задания, причем блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, а выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, который на входе подключен к регулятору скорости привода вращения плоского ножа в виде блока порошковых электромагнитных муфт, кроме того, датчик давления расположен перед форсунками в камере для сушки гранул, при этом на внутренней поверхности каждой из форсунок в виде суживающего сопла выполнены винтообразные канавки, расположенные от входного к выходному отверстиям и касательные которых имеют направление по ходу движения часовой стрелки, а на внутренней поверхности камеры сушки гранул выполнены винтообразные канавки, касательные которых имеют направление против хода движения часовой стрелки, кроме того, цилиндрическая емкость в верхней части снабжена крышкой и размещенным симметрично полым валом, на котором укреплено ветроколесо с крыльчаткой, причем между ветроколесом и крыльчаткой расположены выпускные окна, а поверхности лопастей ветроколеса и крыльчатки выполнены криволинейными и при совместном перемещении образуют суживающийся конус вращения.

Недостатком является снижение экологических параметров в промзоне размещения устройства для гранулирования удобрений, особенно при длительной эксплуатации, когда воздух окружающей среды насыщается запахом перерабатываемого удобрения, что не только оказывает негативное воздействие на обслуживающий персонал, но и ухудшает качество выхода готового продукта из-за нарушения микроклимата в помещении.

Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание нормированных экологических параметров в промзоне расположения устройства для гранулирования удобрений, путем выполнения фильтрующего элемента, размещенного внутри полого вала с распределением массы поглотителя по торцевой сетчатой поверхности, соответствующей профилю в виде синусоиды.

Технический результат достигается тем, что устройство для гранулирования удобрений содержит цилиндрическую емкость со штуцером для вывода готового продукта и подвода теплоносителя через форсунки, разделенную на загрузочную камеру со шнеком и камеру сушки гранул посредством классификатора в виде решетки из биметалла и с отверстиями в форме усеченного конуса с большим основанием в сторону плоского ножа, установленный под решеткой плоский нож с приводом вращения, причем привод вращения снабжен регулятором скорости вращения виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятором давления с датчиком давления, при этом регулятор давления включает блок сравнения и блок задания, причем блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, а выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, который на входе подключен к регулятору скорости привода вращения плоского ножа в виде блока порошковых электромагнитных муфт, кроме того, датчик давления расположен перед форсунками в камере для сушки гранул, при этом на внутренней поверхности каждой из форсунок в виде суживающего сопла выполнены винтообразные канавки, расположенные от входного к выходному отверстиям и касательные которых имеют направление по ходу движения часовой стрелки, а на внутренней поверхности камеры сушки гранул выполнены винтообразные канавки, касательные которых имеют направление против хода движения часовой стрелки, при этом в полом валу выполнен фильтрующий элемент, который заполнен адсорбирующим поглотителем запаха и включающий нижнюю и верхнюю сетчатую поверхность, соединенных между собой боковой поверхностью, расположенной по периметру внутренней поверхности полого вала, причем верхняя сетчатая поверхность фильтрующего элемента имеет профиль в виде синусоиды и закреплена на уровне выпускных окон.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства, на фиг. 2 - разрез решетки классификатора, на фиг. 3 - внутренняя поверхность форсунки в виде суживающего сопла, на фиг. 4 - внутренняя поверхность камеры сушки гранул с криволинейными канавками. На фиг. 5 - фильтрующий элемент, заполненный адсорбирующим поглотителем запаха и включающий верхнюю сетчатую поверхность с профилем в виде синусоиды.

Устройство состоит из цилиндрической емкости 1, содержащей загрузочную камеру 2 со шнеком 3, камеру для сушки гранул 4 со штуцерами 5 вывода готового продукта и штуцером 6 для подвода теплоносителя, форсунки 7, тангенциально расположенных в нижней части камеры сушки гранул 4 и соединенных со штуцером 6 подвода теплоносителя, классификатора в виде съемных решеток из биметалла 8 с отверстиями 9, выполненными в виде усеченного конуса с меньшим основанием 10 и большим основанием 11, и с расположенным под ним плоским ножом 12 с приводом 13 вращения. Классификатор делит емкость 1 на камеры 2 и 4. Привод 13 вращения снабжен регулятором скорости 14 в виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятором 15 давления с датчиком 16 давления, при этом регулятор давления содержит блок сравнения 17 и блок задания 18, причем блок сравнения 17 соединен с входом электронного усилителя 19, оборудованного блоком нелинейной обратной связи 20, а выход электронного усилителя 19 соединен с входом магнитного усилителя 21 с выпрямителем, который на выходе подключен к регулятору скорости 14 в виде блока порошковых электромагнитных муфт привода 13 вращения плоского ножа 12, при этом датчик 16 давления расположен перед форсунками 7 в камере. На внутренней поверхности 22 каждой форсунки 7 в виде суживающего сопла выполнены винтообразные канавки 23, расположенные от входного 24 к выходному 25 отверстиями, касательные которых имеют направление по ходу часовой стрелки (см., например, стр. 509, Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике М., 1965. 875 с.). На внутренней поверхности 26 камеры сушки гранул 4 выполнены винтообразные канавки 27, касательные которых имеют направление против хода движения часовой стрелки. Цилиндрическая емкость 1 в верхней части снабжена крышкой 28 и размещенным симметрично полым валом 29, на котором укреплено ветроколесо 30 с крыльчаткой 31. Между ветроколесом 30 и крыльчаткой 31 расположены выпускные окна 32, а криволинейная поверхность 33, лопасти 34 ветроколеса 30 и криволинейная поверхность 35 лопасти 36 крыльчатки 31 при совместном перемещении образуют суживающийся конус вращения 37. В полом валу 29 выполнен фильтрующий элемент 38, включающий нижнюю 39 и верхнюю 40 сетчатые поверхности, соединенные между собой боковой поверхностью 41, расположенной по периметру внутренней поверхности 42 полого вала 29. При этом фильтрующий элемент 38 заполнен адсорбирующим веществом 43 поглощающим запах, а верхняя его сетчатая поверхность 40 имеет профиль в виде синусоиды 44 и закреплена к боковой поверхности 41 на уровне выпускных окон 32 полого вала 29.

Устройство работает следующим образом.

По мере поступления исходного материала для процесса гранулирования удобрения внутренний воздух загрузочной камеры 2 заполняется запахами, которые через выпускные окна 32 выбрасываются с движущимся потоком в окружающую среду, что способствует ухудшению экологической обстановки как в промзоне, так и в помещении, где расположено устройство для гранулирования удобрений. Это влияет на самочувствие обслуживающего персонала и, соответственно, на качество выпуска готового продукта из-за отклонения от нормированных параметров микроклимата в помещении.

При выполнении фильтрующего элемента 38 в виде емкости, герметично размещенной по внутренней поверхности 42 полого вала 29, внутренний воздух насыщенный мелкодисперсной и парообразной влагой, а также твердыми мелкодисперсными частицами, определяющими запах сырья для гранулирования удобрений, переходит на нижнюю 39 сетчатую поверхность и контактирует с адсорбирующим поглощающим запах веществом 43, например, силикагель КСМ-5, активная окись алюминия, цеониты-молекулярные ситы, активированный уголь, бокситы (см., Серпионова Е.Н. Промышленная адсорбция газовых паров. - М.: Высш. Школа, 1989. - 388 с.).

Эпюра скорости движущегося потока воздуха из крышки 28 по нижней 38 сетчатой плоскости характеризуется изменением скорости во всех ее поверхностях. Причем максимум абсолютного значения приходится на осевую составляющую. Поэтому объем вещества 43 поглощающего запах в фильтрующем элементе 38 имеет завышенное значение, так как определяется из условия, обеспечивающего эффективное поглощение запаха при скорости осевого потока (как это принято по известным методикам, см., например, Исследование некоторых вопросов применения силикагелей для осушки воздуха. М.: 1981. - 135 с. ил.). Однако это приводит к увеличению аэродинамического сопротивления фильтрующего элемента и, соответственно, к возрастанию объема адсорбирующего вещества, т.е. значительному возрастанию стоимости готового продукта.

Предлагается фильтрующий элемент 38 выполнить так, чтобы объем - профиль его соответствовал эпюре скоростей движущегося потока в полом вале 29 перед выпускными окнами 32. Тогда масса вещества 43 имеет оптимальную величину, обеспечивающую эффективную поглощающую запахи способность по всей профильной верхней сетчатой поверхности 40 в виде синусоиды (см., например Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: - 841 с. ил.), где поглощающая способность вещества 43 на периферии (у боковой поверхности 41) и в центре потока, в соответствии с высотой адсорбирующего слоя вещества 43, одинаковы. Масса поглощающего запахи вещества 43 выбирается экспериментально в зависимости от объема обрабатываемого сырья и его свойств выделения запахов при гранулировании удобрений. При этом вещество 43 по мере накопления поглощаемых запахов легко заменяется для регенерации адсорбера.

В результате поддерживаются экологически нормированные параметры в зоне эксплуатации устройства для гранулирования удобрений с обеспечением заданного качества готового продукта.

При вращении штуцера 3 исходный материал для гранулирования удобрений покрывает поверхность классификатора в виде решетки из биметалла 8, а т.к. общая площадь отверстий 9 значительно меньше общей площади решетки 8, то внутренняя полость загруженной камеры 2 становится временно закупоренной (пока плоский нож 12 срезает гранулы) и внутренний воздух, находящийся в ней, начинает под воздействием перемещаемой штуцером массы 3 массы исходного материала для гранулирования сжиматься, повышая свое давление. В результате, на плоский нож 12 воздействует как вес массы исходного материала для гранулирования. Так и давление внутреннего воздуха загрузочной камеры 2, что приводит к необходимости увеличения момента вращения плоского ножа 2, соответственно, к возрастанию мощности его привода, т.е. дополнительным энергозатратам.

Для устранения данного явления необходимо осуществлять удаление воздуха из загрузочной камеры 2 и в верхней части цилиндрической емкости 1 создается разрежение посредством размещения ветроколеса 30 и крыльчатки 31. Тогда по мере перемещения исходного материала для гранулирования сжимаемой движущейся массой внутренний воздух загрузочной камеры собирается под крышкой 28 и движется в полом валу 29 с последующим выбросом в окружающую среду через выпускные окна 32. В результате выхода внутреннего сжимаемого воздуха из загрузочной камеры 2 и последующего его контакта с лопастями 34 и 36 наблюдается перемещение ветроколеса 30 и крыльчатки 31, а криволинейная поверхность 32 лопасти 34 и криволинейная поверхность 35 лопасти 36 при совместном перемещении образуют суживающийся конус вращения с последующим созданием разрежения под крышкой 28 и, соответственно, во внутренней полости загрузочной камеры 2. Следовательно, при наличии зоны разрежения под крышкой 28 цилиндрической емкости 1 внутренний воздух из загрузочной камеры 2 не накапливается для сжатия массой исходного материала при гранулировании, а интенсивно сбрасывается в окружающую среду по мере движения шнека 3, и на плоский нож 12 воздействует лишь вес массы гранулированного удобрения, т.е. привод на его вращение потребляет нормированную мощность, и без дополнительных энергозатрат осуществляется производство готового продукта.

Теплоноситель с температурой, необходимой для сушки удобрений, поступает через штуцер 6 к форсункам 7, выполненным в виде суживающего сопла. По мере перемещения от входного отверстия 24 по винтообразным канавкам 23, касательные которых имеют направление по ходу часовой стрелки, поток теплоносителя закручивается и с возросшей скоростью из выходного отверстия 25, вращаясь по часовой стрелке, поступает в камеру сушки гранул 4 и в камере сушки гранул 4 закручивается под воздействием избыточного давления, образуя вращающийся горячий газовый поток, величина подъемной силы которого определяется размером гранул, продавливаемых через решетку 12.

Вращающийся в объеме камеры сушки гранул 4 по часовой стрелке горячий газовый поток своим пограничным слоем перемещается по расположенным по внутренней поверхности 26 винтообразным канавкам 27, касательные которых имеют направление против хода часовой стрелки, и поток горячего теплоносителя в пограничном слое закручивается в том же направлении.

В результате вблизи внутренней поверхности 26 камеры сушки гранул 4 наблюдается контактирование вращающихся в противоположных направлениях потоков горячего теплоносителя, что приводит к появлению микровзрывов (см., например, Меркулов В.П. Вихревой эффект и его применение в технике. Самара, 2002. 367 с.), а это практически устраняет появление застойных зон, т.е. препятствует как налипанию гранул удобрений на внутреннюю поверхность 26 камеры сушки 4, так и взаимному слипанию (коагуляции) гранул, особенно в месте расположения плоского ножа 12 из-за увеличения длительности витания гранул под дополнительным воздействием давления микровзрывов, вращающихся в противоположные стороны потоков горячего теплоносителя как в объеме камеры сушки гранул, так и в пограничном слое непосредственно на ее внутренней поверхности 26.

Качество сушки в камере сушки гранул 4 характеризуется длительностью витания гранул под воздействием избыточного давления вращающегося горячего газового потока теплоносителя, регулируемого регулятором давления 15, соединенного с датчиком давления 16.

При измерении размеров гранул, например, уменьшая их, сокращается необходимая величина подъемной силы вращающегося горячего газового потока для обеспечения качественной сушки, т.е. длительности витания гранул в камере сушки гранул 4 до удаления через штуцеры 5 вывода готового продукта, что соответствует снижению давления теплоносителя, регистрируемого датчиком давления 16. При этом сигнал, поступающий с датчика 16, становится меньше, чем сигнал блока задания 18, и на выходе блока сравнения 17 появится сигнал положительной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 19 одновременно с сигналом от блока отрицательной обратной связи 20. В результате в электронном усилителе 19 компенсируется нелинейность характеристики привода 13 вращения плоского ножа 12. Сигнал с выхода электронного усилителя 19 поступает на вход магнитного усилителя 21, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 14 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Положительная полярность сигнала электронного усилителя 19 вызывает увеличение тока возбуждения на входе магнитного усилителя 21.

В результате повышается момент от привода 13, и при вращении шнека 3 увеличенная масса перемещается к съемным решеткам из биметалла 8 с отверстиями 9, выполненными в виде усеченного конуса. Увеличение количества удобрения, проталкиваемого через отверстия 9 съемных решеток из биметалла 8 от меньшего основания 10 к большему основанию 11, приводит к возрастанию размеров гранул.

Удобрения, выходящие из большего основания 11 отверстий 9, выполненных в виде усеченного конуса, срезаются плоским ножом 12, перемещающимся практически без зазора на поверхности классификатора. Полученные гранулы в результате взаимного воздействия подъемной силы вращающегося горячего потока теплоносителя и силы тяжести витают в полости камеры для сушки гранул 4, интенсивно сушатся и, приобретая меньший вес (часть влаги из гранул при контакте с теплоносителем испаряется), перемещаются к периферии вращающегося горячего газового потока и через штуцеры 5 выходят в виде готового продукта.

В связи с тем, что температура теплоносителя, контактирующего со съемными решетками из биметалла 8, более высокая, чем температура удобрения, поступающего на гранулирование, наблюдается термовибрация съемных решеток из биметалла. В этом случае совместное воздействие как интенсивной турбулентности потока теплоносителя, обусловленной резким изменением направления движения его в камере для сушки гранул 4 и при выходе из штуцеров 5, так и термовибрации съемных решеток из биметалла 8 практически устраняет случайное налипание гранулированного удобрения как на поверхности съемных решеток из биметалла 8 со стороны плоского ножа 12, так и на самой поверхности ножа.

При увеличении размеров гранул выше нормированных (рассчитанных из соотношения скорости привода 13 вращения или подачи удобрения шнеком 3 к съемным решеткам из биметалла 8, выполненного в виде соединения алюминия с коэффициентом теплопроводности 205 Вт(м.гр) и латуни с коэффициентом теплопроводности 85 Вт(м.гр) и обеспечивающего создание термовибрации при температуре сушки удобрения (см. Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа 1980 0 - 469 с.), более высокой, чем температура классификатора и давления теплоносителя, поступающего из форсунок 7) возрастает величина подъемной силы вращающегося горячего газового потока, т.к. возросла тяжесть гранул, а качественная их сушка определяется заданным временем витания в камере для сушки гранул 4. В результате возрастает давление теплоносителя, поступающего из штуцера 6 к форсункам 7, что и регистрируется датчиком давления 16. При этом сигнал, поступающий с датчика давления 16, становится больше, чем сигнал блока задания 18, и на выходе блока сравнения 17 появится сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 19 одновременно с сигналом от блока отрицательной обратной связи 20. Сигнал с выхода электронного усилителя 21, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 14 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 19 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 21. В результате уменьшается момент от привода 13, и при вращении шнека 3 уменьшенная масса удобрений перемещается к съемным решеткам из биметалла 8 и, соответственно, наблюдается уменьшение размеров гранул с последующим выходом в виде готового продукта через штуцеры 5.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что поддержание нормированных экологически безопасных параметров при длительной переработке сырья, обладающего специфическим запахом, на устройстве для гранулирования удобрений достигается путем включения мелкодисперсных твердых, каплеобразных и парообразных частиц перед выбросом в окружающую среду. Это обеспечивается за счет выполнения фиксирующего элемента с поглощающим запахи веществом таким образом, что его объемо-профиль оптимизирует массу поглотителя при заданных параметрах очистки по эпюре скорости движущегося потока воздуха через выпускные окна устройства.