Результат интеллектуальной деятельности: АППАРАТ ДЛЯ БЕЗУНОСНОЙ СУШКИ

Изобретение относится к технике сушки дисперсных материалов и может быть использовано в микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является аппарат для безуносной сушки во взвешенном состоянии по патенту РФ №2328677, F26B 17/10, содержащий загрузочный устройство влажного материала, сушильную камеру, вентилятор и систему очистки отработанного воздуха (прототип).

Недостаток прототипа - сравнительно невысокая производительность сушки конечного продукта.

Технический результат - повышение производительности сушки.

Это достигается тем, что в аппарате для безуносной сушки, содержащим загрузочный устройство влажного материала или раствора, сушильную камеру, вентилятор и систему очистки отработанного сушильного агента(или воздуха или теплоносителя), причем сушильная камера содержит цилиндрический корпус, коаксиально расположенную в нем пористую обечайку, образующую свободное пространство для равномерного прохождения сушильного агента внутрь обечайки, причем материал обечайки выполнен на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м³ со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, а удаление сухого продукта производится из бункера через шлюзовой затвор, причем для удаления сушильного агента из обечайки предусмотрен вращающийся полый пористый цилиндр, соединенный посредством вала с приводом, расположенным на крышке, причем пористый цилиндр выполнен из жесткого пористого материала, например пеноалюминия или металлокерамики, или металлопоролона со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30…45%, при этом подача влажного материала или раствора может осуществляться несколькими распылителями, равномерно расположенными по всему сечению обечайки, а сушильный агент через пространство под верхней крышкой покидает аппарат, на выходе которого установлена акустическая установка для улавливания среднедисперсных частиц, соединенная с циклоном, связанным с устройством для выгрузки, при этом оптимальными параметрами для звуковой обработки в акустической установке с концентрацией частиц в потоке сушильного агента не менее 2 г/м являются: уровень звукового давления в диапазоне 145…150 дБ, частота колебательного процесса в диапазоне 900…1100 Гц, время озвучивания в диапазоне 1,0…2 с, корпус каждой форсунки выполнен с каналом для подвода раствора и содержит соосную, жестко связанную с ним втулку, с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с центральным сердечником, состоящим из цилиндрической части, и соосным с ней полым конусом, установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, а кольцевой зазор соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени, причем кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода раствора, а к конусу, в его нижней части, жестко прикреплен с помощью винта распылитель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора между соплом и полым конусом, при этом на боковой поверхности конуса выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий, с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, а в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три отверстия, причем оси дроссельных отверстий одного ряда смещены относительно осей дроссельных отверстий другого ряда на угол, лежащий в диапазоне 15°÷60°.

На фиг.1 приведена схема аппарата, на фиг.2 - схема распылителя.

Аппарат для безуносной сушки во взвешенном состоянии содержит цилиндрический корпус 1, коаксиально расположенную в нем пористую обечайку 2, образующую свободное пространство для равномерного прохождения сушильного агента внутрь обечайки. Материал обечайки 2 выполнен на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м³ со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа.

Размеры кольцевого пространства определяются производительностью сушильной установки и количественными характеристиками исходного дисперсного материала, например, размерами и формой частиц, гранулометрическим составом, плотностью, структурными свойствами и т.п. Удаление сухого продукта производится из бункера 7 через шлюзовой затвор 8. Для удаления сушильного агента из обечайки 2 предусмотрен вращающийся в кольцевом зазоре 9 полый пористый цилиндр 3, соединенный посредством вала 4 с приводом (на чертеже не показано), расположенным на крышке 5. Полый пористый цилиндр 3 выполнен из жесткого пористого материала, например пеноалюминия или металлокерамики, или металлопоролона со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30…45%.

В качестве распылителя 6 используется форсунка (фиг.2), которая содержит цилиндрический полый корпус 9 с каналом 11 для подвода жидкости и соосную, жестко связанную с корпусом втулку 10 с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки 12, верхняя цилиндрическая ступень 14 которой соединена посредством резьбового соединения с центральным сердечником, состоящим из цилиндрической части 15 и соосным с ней полым конусом 16, установленным с кольцевым зазором 17 относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки 12. Кольцевой зазор 17 соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами 13, выполненными в двухступенчатой втулке 12, соединяющими его с кольцевой полостью 22, образованной внутренней поверхностью втулки 10 и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени 14, причем кольцевая полость 22 связана с каналом 11 корпуса 9 для подвода жидкости.

К конусу 17, в его нижней части, жестко прикреплен с помощью винта 21 распылитель 20, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 17 между соплом и полым конусом 16. На боковой поверхности конуса 16 выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий 18 и 19, с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, а в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три отверстия. При этом оси дроссельных отверстий одного ряда смещены относительно осей дроссельных отверстий другого ряда на угол, лежащий в диапазоне 15°÷60°.

В зависимости от производительности камеры в промышленных условиях подача влажного материала или раствора может осуществляться несколькими распылителями 6, равномерно расположенными по всему сечению обечайки 2.

Теплоноситель через пространство под верхней крышкой 5 покидает аппарат, на выходе которого установлена акустическая установка (на чертеже не показано) для улавливания среднедисперсных частиц, соединенная с циклоном, связанным с устройством для выгрузки (на чертеже не показано). Оптимальными параметрами для звуковой обработки в акустической установке с концентрацией частиц в воздушном потоке не менее 2 г/м³ являются: уровень звукового давления в диапазоне 145…150 дБ, частота колебательного процесса в диапазоне 900…1100 Гц, время озвучивания в диапазоне 1,0…2 с.

Аппарат для безуносной сушки во взвешенном состоянии работает следующим образом.

Сушильный агент с заданной температурой и влажностью поступает в свободное пространство между стенками корпуса 1 и обечайки 2. Под действием давления, создаваемого, например, вентилятором, сушильный агент проникает через поры стенок обечайки внутрь ее, здесь происходит тепломассообмен между газом и каплями или частицами, непрерывно подаваемыми через распылитель 6. Оседание капель или частиц на стенки обечайки предотвращается путем организованного отдува их от стенок сушильным агентом, поступающим через поры. Отработанный теплоноситель проходит через поры вращающегося полого пористого цилиндра 3, а частицы, приблизившиеся к поверхности цилиндра, попадают во вращающийся пограничный слой, формирующийся у его поверхности, и под действием центробежных сил отбрасываются снова в объем обечайки и выводятся из аппарата. Отделившийся от частиц теплоноситель через пространство под верхней крышкой 5 покидает аппарат.

Работа форсунки осуществляется следующим образом.

Жидкость под давлением подается в полость корпуса форсунки 9 и затем поступает по двум направлениям: первое - в кольцевую полость 22 через радиальные каналы 13 в кольцевой зазор 17 между соплом и центральным сердечником. При давлениях на входе более 0,2 МПа жидкость разгоняется на внешней конусной поверхности конуса 16 с образованием пленки жидкости, которая не отрывается от его внешней поверхности. Разгон жидкости на конической поверхности сопровождается понижением в ней статического давления и в результате этого парообразованием и выделением растворимых газов. Это явление дополнительно подготавливает жидкость к дроблению на мелкие капли. При достижении жидкостного потока встречных потоков, истекающих из цилиндрических дроссельных отверстий 18 и 19, происходит многократное дробление пленки с образованием мелкодисперсной фазы.

Второе направление, по которому поступает жидкость - через канал 11 для подвода жидкости в полость центрального сердечника, а затем в полый конус 16, из которого часть жидкости истекает через радиальные отверстия 18 и 19, при этом происходит многократное дробление капельных потоков жидкости, истекающих из дроссельных отверстий.

Наличие газовых включений в жидкости дополнительно возмущает ее поверхность, что приводит к волнообразованию и объемному дроблению жидкостной пленки. Потери механической энергии при внешнем разгоне (по внешней конической поверхности) уменьшаются по сравнению с таким же разгоном в закрытом канале.

Основные параметры, влияющие на эффективность работы такой системы газоочистки: полнота заполнения живого сечения воздуховода водяным туманом; продолжительность контакта воды и воздуха; плотность водяного тумана. Акустические форсунки 2, применяемые для газоочистки выбросного воздуха, расходуют сжатого воздуха 0,6…0,8 м³/мин и воды 1,5…2,2 л/мин. Создаваемый им водяной факел позволяет устанавливать их в воздуховодах диаметром до 600 мм. Нижние рабочие давления сред: воды - 1,5 атм; сжатого воздуха - 1,5…2 атм (0,15…0,2 МПа). Сжатый воздух подается по центральному каналу, а вода - по кольцевому каналу. С помощью акустических форсунок 2 достигаются высокие степень дробления воды, плотность частиц в факеле водяного тумана и стабильность работы. Акустические форсунки, применяемые для газоочистки выбросного воздуха, расходуют сжатого воздуха 0,6…0,8 м³/мин и воды 1,5…2,2 л/мин. Создаваемый им водяной факел позволяет устанавливать их в воздуховодах диаметром до 600 мм. Нижние рабочие давления сред: воды - 1,5 атм; сжатого воздуха - 1,5…2 атм (0,15…0,2 МПа). Одним из наиболее эффективных способов исключения попадания вредных выбросов в окружающую среду является применение замкнутых циклов газового агента при сушке различных материалов.

Предложенный аппарат обеспечивает существенное снижение выброса частиц.