Способ подачи жидкости в сушилку с кипящим слоем инертных тел и устройство для его осуществления

Способ подачи жидкости в сушилку с кипящим слоем инертных тел и устройство для его осуществления относится к области процессов сушки дисперсных продуктов, в частности, к процессам сушки жидких дисперсных продуктов в аппаратах с кипящим слоем инертных тел.

Известен способ подачи высушиваемой жидкости в сушилку с кипящим слоем инертных тел, при котором исходный продукт пневматическими форсунками подается внутрь кипящего слоя в сушильной камере. (Патент на изобретение РФ №2341739, МПК F26B3/12, 2008 г).

Недостатком данного способа является формирование достаточно узкой зоны подачи жидкости в слой, что при взаимодействии сушильного агента, частиц инерта и высушиваемого продукта приводит к формированию неоднородностей кипящего слоя в районе установки пневматических форсунок (как правило, возникают пузыри, приводящие, при высокой нагрузке по газу, к каналообразованию и проскоку сушильного агента), появлению агломератов инертных частиц, неравномерности распределения высушиваемого продукта по частицам инерта в слое. Данный недостаток приводит к формированию большого количества либо недосушенных, либо пересушенных частиц, что снижает качество готового продукта, получаемого при подобном способе подачи жидкости в аппарат.

Известен способ подачи высушиваемой жидкости в сушилку с кипящим слоем инертных тел, при котором исходный продукт форсунками, расположенными на вращающейся траверсе, может подаваться либо внутрь кипящего слоя, либо на зеркало кипящего слоя. (Патент на изобретение РФ №2332626, MПК F26B 17/10, 2008 г).

Недостатком данного способа является необходимость затрачивания дополнительной энергии на вращении траверсы, частого обслуживания траверсы, формированию агломератов инертных частиц в районе расположения форсунок, неравномерности распределения высушиваемого продукта по частицам инерта в слое. Данный недостаток приводит к снижению качества готового продукта, получаемого при подобном способе подачи жидкости в аппарат.

Известен способ подачи высушиваемой жидкости в сушилку с кипящим слоем инертных тел, при котором исходный продукт распыляется одной форсункой над слоем кипящих инертных тел. (Патент на изобретение РФ №2540143, МПК А23С 9/16, 2009 г.).

Недостатком данного способа является плохое распределение высушиваемой жидкости по слою, при котором высушиваемый продукт практически не контактирует с сушильным агентом в нижней части кипящего слоя, наблюдается миграция жидкого продукта к стенкам аппарата и его налипание на стенки. Данный недостаток приводит быстрому загрязнению стенок аппарата, появлению в высушиваемом продукте капель жидкости, что приводит к необходимости резко уменьшать подачу исходного продукта, что снижает надежность работы установки и приводит к необходимости частого останова на очистку.

Известен способ подачи высушиваемой жидкости в сушилку с кипящим слоем инертных тел, при котором исходный продукт распыляется одной форсункой внутри специальной распылительной камеры с коллектором для подачи теплоносителя, размещенными в верхней части аппарата. (Патент на изобретение РФ №2490575, МПК F26B 17/10, 2013 г.).

Недостатком данного способа является распределение высушиваемого продукта преимущественно в верхней части кипящего слоя, налипание жидкости на стенки распылительной камеры. Данный недостаток приводит к невысокой производительности сушилки и необходимости проводить сложный демонтаж и очистку распылительной камеры при остановах.

Известен способ подачи высушиваемой жидкости в сушилку с кипящим слоем инертных тел с установленной в слое мешалкой, при котором исходный продукт распыляется несколькими форсунками, расположенными по эвольвенте окружности над слоем кипящих инертных тел, при условии отношения высоты слоя к диаметру аппарата менее единицы. (Патент на изобретение РФ №2335716, МПК F26B 17/10, 2008 г).

Недостатком данного способа является плохое распределение высушиваемой жидкости по слою, при котором высушиваемый продукт практически не контактирует с сушильным агентом в нижней части кипящего слоя, наблюдается активная миграция жидкого продукта к стенкам аппарата и его налипание на стенки. Данный недостаток приводит быстрому загрязнению стенок аппарата, появлению в высушиваемом продукте капель жидкости, что приводит к необходимости резко уменьшать подачу исходного продукта, что снижает надежность работы установки и приводит к необходимости частого останова на очистку.

Известен способ подачи высушиваемой жидкости в сушилку с кипящим слоем инертных тел, при котором исходный продукт распыляется вращающимся диском, установленным в верхней части сепарационного пространства сушилки. (Патент на изобретение РФ №2348878, МПК F26B 17/10, 2007 г.).

Недостатком данного способа является плохое распределение высушиваемой жидкости по слою, при котором высушиваемый продукт практически не контактирует с сушильным агентом в нижней части кипящего слоя, наблюдается активная миграция жидкого продукта к стенкам аппарата, активное налипание высушиваемого продукта на стенки аппарата, унос мелких капель жидкого продукта из аппарата. Данный недостаток приводит быстрому загрязнению стенок аппарата, появлению в высушиваемом продукте капель жидкости, что приводит к необходимости резко уменьшать подачу исходного продукта, что снижает надежность работы установки и приводит к необходимости частого останова на очистку.

Известна конструкция перемешивающего устройства в сушилке с кипящим слоем, представляющая собой лопасти, закрепленные на валу по винтовой линии с возможностью поворота в вертикальной плоскости, с лопастями двух типов, выполненных чередующимися между собой, так что лопасти первого типа представляют собой перфорированные лопатки, а лопасти второго типа выполнены в виде радиальных кронштейнов с закрепленными на них рассекателями. (Патент на изобретение РФ №2225577, МПК F26B 17/10, 2004 г.).

Недостатком данной конструкции в аппаратах для сушки жидких дисперсных продуктов на инертных телах является низкое качество получаемого сухого продукта, сложности с подбором скорости вращения перемешивающего устройства при котором не будет нарушаться кипение, повышенная энергоемкость установки вследствие громоздкости конструкции перемешивающего устройства.

Известна конструкция перемешивающего устройства для аппарата обработки гипса, с рамой имеющей поперечное сечение по форме подобной поперечному сечению корпуса, расположенное вблизи нижней стенки корпуса, соединенной с приводом для возможности возвратно-поступательного движения между заданными положениями устройства, выполненное с возможностью предотвращения образования местных сквозных протоков для текучей среды для обеспечения псевдоожижения гипсовых продуктов и предотвращения их скопления вблизи нижней стенки корпуса (Патент на изобретение РФ №2355570, МПК В28С 5/12, 2008 г).

Основным недостатком такой конструкции при ее применении в аппаратах для сушки жидких дисперсных продуктов на инертных телах является формирование застойных зон в районе перемешивающего устройства, образование агломератов инертных тел, низкое качество получаемого сухого продукта, высокая энергоемкость установки.

Известна конструкция перемешивающего устройства в распылительной сушилке для жидких продуктов в кипящем слое инертных тел, представляющая собой ворошитель, в корпусе которого горизонтально установлен ротор с приводом и лопастями, который имеет возможность радиальной регулировки над ворошителем в слое инертных тел, при этом ротор выполнен в виде жестко закрепленной на корпусе оси с вращающейся на ней втулкой с лопастями (Патент на изобретение РФ №2335714, МПК F26B 3/12, 2008 г.).

Недостатком такой конструкции при ее применении в аппаратах для сушки жидких дисперсных продуктов на инертных телах является преимущественное перемешивание слоя только в районе газораспределительной решетки, невозможность снятия жидкого и высушенного продукта с поверхности устройства инертными телами, циклическое нарушение режима кипения инертных тел у границы устройства.

Известна конструкция перемешивающего устройства в камере для проведения тепломассообмена между диспергированными частицами и газообразной средой, представляющая собой вертикальный вращающийся полый пористый цилиндр с прикрепленными к нему двумя стержнями, оси которых параллельны оси цилиндра, и находятся на одинаковом расстоянии от его оси, к каждому из которых под углом 45 прикреплены дополнительные стержни, позволяющие интенсифицировать тепломассообмен между теплоносителем и частицами кипящего слоя, при подаче жидкого продукта форсункой снизу вверх под решетку (Патент на изобретение РФ №2523486, МПК F26B 17/10, F26B 3/12, В05В 1/34, 2014 г.).

Недостатком такой конструкции при ее применении в аппаратах для сушки жидких дисперсных продуктов на инертных телах является сильное налипание жидкости и загрязнение решетки и вертикальной цилиндрической части перемешивающего устройства высушенным продуктом, как следствие рост гидравлического сопротивления аппарата, нарушение выбранного режима кипения инертных тел, ухудшение качества высушенного продукта.

В качестве прототипа принят способ получения медленнодействующих удобрений с силикатным покрытием и устройство для его осуществления, в частности применяемый способ подачи жидкости в сушилку и конструкция перемешивающего устройства. Внутри корпуса сушилки над каждым перемешивающим устройством установлен ороситель, представляющий собой кольцевой коллектор с перфорированными отводами, направленными радиально к центральной оси корпуса. Ороситель соединен со штуцером подачи раствора. Высушиваемый раствор силиката натрия подают в ороситель через штуцер с помощью насосадозатора. Подачу раствора осуществляют в импульсном режиме в виде струй через перфорацию, выполненную в нижней части отводов оросителя. Перемешивающее устройство содержит не менее трех лопастей, закрепленных на втулке, которая фиксируется неподвижно с валом с помощью гайки. Частота вращения вала 7,5 об/мин.

Недостатками прототипа являются его периодическое действие, подача высушиваемого раствора на гранулы, находящиеся в слое над перемешивающим устройством, что приводит к формированию агломератов, использование перемешивающего устройства только для активации псевдоожиженного слоя, значительное измельчение высушиваемого продукта при повышении числа оборотов вала более 8 об/мин.

Задачей изобретения является повышение интенсивности процесса сушки жидкого дисперсного продукта в аппарате с кипящим слоем инертных тел и улучшение качественных характеристик сухого продукта.

Решение технической задачи достигается за счет импульсной подачи высушиваемой жидкости на поверхность лопасти перемешивающего устройства в определенную зону лопасти, приводящее к увеличению равномерности перехода высушиваемого жидкого продукта с поверхности перемешивающего устройства на инертные тела. Зоной подачи высушиваемого продукта, определенной на основании обработки результатов анализа гранулометрического состава высушенного продукта, полученного при варьировании зоны подачи, является верхняя правая часть лопасти (по направлению вращения перемешивающего устройства).

Результат достигается за счет того, что в сушилке с кипящим слоем инертных тел с установленным внутри слоя перемешивающим устройством осуществляется импульсная подача высушиваемой жидкости, с рассчитанным временным периодом, на верхнюю правую часть лопасти (по направлению вращения перемешивающего устройства), что приводит к увеличению равномерности съема инертными телами жидкой фазы и полному переходу жидкости с лопасти перемешивающего устройства на инертные тела.

При этом обеспечивается минимальная толщина пленки жидкости на инертном теле, что приводит к интенсификации процесса сушки жидкости и максимально быстрому сколу высушенного продукта с инертной частицы.

Схема сушилки с кипящим слоем инертных тел, с расположенным в ней перемешивающим устройством и оросителем показана на фиг. 1.

Сушилка представляет собой цилиндрический аппарат 1 с решеткой 2, внутри которого находится слой инертных тел 3, вал 4 с установленным на нем перемешивающим устройством 5, оросителем 6 для подачи высушиваемой жидкости непосредственно на лопасть перемешивающего устройства, системой управления подачей жидкости 7, подающей высушиваемую жидкость в ороситель в зависимости от взаимного положения оросителя и лопасти перемешивающего устройства.

Перемешивающее устройство представляет собой одну лопасть предлагаемой конструкции, которая монтируется на нижнюю часть вала, соединенного с приводом.

Подача высушиваемой жидкости в сушилку с кипящим слоем инертных тел с установленным внутри слоя перемешивающим устройством осуществляется через ороситель, непосредственно в верхнюю правую часть лопасти (по направлению вращения перемешивающего устройства) перемешивающего устройства. Ороситель представляет собой трубку, расположенную под углом 45° к лопасти. Схема взаимного расположения оросителя и лопасти перемешивающего устройства показана на фиг. 2. Высушиваемая жидкость импульсно подается из оросителя 6 на лопасть перемешивающего устройства 5. Начало импульса подачи высушиваемой жидкости соответствует моменту начала прохождения проекции лопасти перемешивающего устройства непосредственно под оросителем. В этот момент система управления подачей жидкости 7 включает насос (на фиг. 1 не показан), подающий жидкость из емкости (на фиг. 1 не показана) в ороситель. Продолжительность импульса подачи высушиваемой жидкости предварительно рассчитывается в зависимости от размеров и скорости вращения перемешивающего устройства. По истечении продолжительности импульса подачи высушиваемой жидкости система управления подачей жидкости выключает насос.

Схема лопасти перемешивающего устройства с основными соотношениями размеров представлена на фиг. 3. Зона подачи высушиваемой жидкости располагается в верхней правой по ходу вращения части лопасти. На лопасти устройства, со стороны подачи жидкости, в зоне подачи расположены сферические выступы рассчитываемого размера, расположенные по узлам квадратной решетки, размеры которой рассчитываются по приведенным формулам.

Длина проекции лопасти L выбирается исходя из принятого диаметра аппарата. Соответственно, выбор высоты лопасти H₁ связан с требуемой производительностью по высушиваемой жидкости и выбранным диаметром аппарата. Предлагается принять величину Н₁ исходя из эмпирической формулы:

Величину высоты края лопасти Н₂ предлагается принять исходя из эмпирической формулы:

H₂=0.5H₁.

Величину L₂ предлагается принять исходя из формулы:

Для повышения равномерности перемешивания слоя инертных частиц с нанесенной на их поверхность жидкостью предлагается сделать изгиб части лопасти перемешивающего устройства равный 10°. При этом длина части лопасти L₁ определяется как:

L₁=0.677L.

Выбранная форма лопасти и предлагаемые соотношения размеров лопасти обеспечивает достаточное перемешивание кипящего слоя, экономию материала на изготовление лопасти и интенсифицирует съем жидкой фазы инертными телами. Подача высушиваемой жидкости в заданную зону лопасти приводит к продвижению и распределению жидкости по

поверхности лопасти в районе установки сферических выступов и полному переходу жидкости с лопасти перемешивающего устройства на инертные тела. Наличие сферических выступов рассчитываемого размера и расположения позволяют увеличить равномерность съема жидкости инертными телами и препятствует формированию в районе лопасти агломератов инертных тел покрытых высушиваемой жидкостью. Предлагаемые размеры и характер расположения выступов на лопасти обеспечивает минимальную толщину пленки жидкости на инертном теле, что приводит к интенсификации процесса сушки жидкости и максимально быстрому сколу высушенного продукта с инертной частицы.

Высота сферического выступа d рассчитывается по эмпирической формуле:

d=0.5d_экв,

где d_экв - эквивалентный диаметр частицы инерта. Например, для шарообразных частиц инерта: d_экв=d_{частицы}.

Схема расположения выступов - по узлам квадратной решетки. Длина стороны решетки h рассчитывается по эмпирической формуле:

h=1.67d.

Расположение первого узла решетки рассчитывается, исходя из значения отступа h₀ от верхнего и крайнего края лопасти, по эмпирической формуле:

h₀=3d.

Количество сферических выступов N рассчитывается по формуле:

Продолжительность импульса подачи высушиваемой жидкости на лопасть через ороситель τ₁, является функцией скорости вращения перемешивающего устройства и определяется по формуле:

где w - угловая скорость вращения перемешивающего устройства, L - длина проекции лопасти перемешивающего устройства. Угловая скорость выбирается из диапазона от 10 до 60 об/мин.

Объем дозируемой жидкости V за время продолжительности импульса подачи τ₁ для предлагаемой схемы лопасти перемешивающего устройства рассчитывается по формуле:

V=0.125⋅N⋅h²⋅d.

При этом расчет и выбор диаметра трубки оросителя осуществляется по стандартной методике.

Предложенный способ подачи жидкости в сушилку с кипящим слоем инертных тел и устройство для его осуществления позволяет увеличить равномерность съема подаваемой в аппарат жидкости инертными телами, препятствует формированию в кипящем слое агломератов инертных тел, обеспечивает минимальную толщину пленки жидкости покрывающей инертное тело, что приводит к интенсификации процесса сушки жидкости и

максимально быстрому сколу высушенного продукта с инертной частицы, что приводит к повышению интенсивности процесса сушки и обеспечивает получение равномерного мелкодисперсного сухого продукта.