Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШИЛКИ

Изобретение относится к сушильной технике.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является распылительная сушилка для сушки растворов по патенту РФ №2484398, F26B 17/10, содержащая сушильную камеру с газоподводящим коробом и форсунку (прототип).

Недостатком известного теплообменного аппарата является сравнительно невысокая эффективность его работы, а также высокая стоимость изготовления и эксплуатации. Недостаток известных сушильных установок заключается в том, что при подаче исходного материала (раствора, суспензии) через форсунку не удается достигнуть равномерной сушки исходного материала и имеет место налипание высушиваемого материала на стенки сушильной камеры.

Технический результат - повышение эффективности и экономичности работы теплообменного аппарата и повышение производительности работы сушилки.

Это достигается тем, что в теплообменном аппарате для распылительной сушилки, содержащем топку, корпус сушилки с распылителем, теплообменные трубы, теплообменный аппарат, теплообменный аппарат содержит нижнюю часть - зону нагрева и испарения и верхнюю часть - зону охлаждения и конденсации, корпус с теплоизолированными стенками и тремя патрубками для ввода и вывода обогреваемого раствора, вертикальную оребренную трубу, находящуюся в смесительной камере топки, манометр, предохранительный клапан и кран для залива теплоносителя, линию компенсации избыточного давления для залива теплоносителя при работающем аппарате, оснащенную вентилем, и расширитель с патрубком для вывода раствора в циркуляционный контур, оребренная труба, выходя из топки, переходит в теплообменник, состоящий из трубы большего диаметра, выходящей из оребренной трубы, и выходящих из нее четырех продольно-оребренных труб одинакового диаметра, наклонных под углом 60-80°, причем трубы расположены перпендикулярно друг к другу, согласно изобретению распылитель содержит полый корпус, который состоит из цилиндрической части с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости и внутренней резьбой для соединения с коническим соплом, корпус и сопло образуют две соосные между собой внутренние камеры, при этом цилиндрическая камера служит для подвода жидкости, а коническая камера, образованная поверхностью усеченного конуса сопла, является нагнетательной камерой для создания повышенного давления, а на сопле со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен жиклер, который состоит из цилиндрического дроссельного отверстия и конического отверстия с расширением в сторону объекта, при этом на поверхности конического отверстия выполнена винтовая нарезка, а на конической боковой поверхности сопла выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий, оси которых перпендикулярны боковой поверхности сопла, и в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три цилиндрических дроссельных отверстия, причем в горизонтальной плоскости проекции осей отверстий в этих рядах отстоят друг от друга на угол 7,5…60°, а к торцевой поверхности сопла, осесимметрично корпусу, крепится пластинчатый отбойник, состоящий из перпендикулярных оси корпуса и параллельных между собой, по крайней мере, двух пластин, при этом первая пластина крепится к торцевой поверхности сопла посредством, по крайней мере, трех крепежных элементов, включающих в себя винт и простановочные калиброванные шайбы, устанавливаемые между пластиной и торцевой поверхностью сопла, причем первая пластина имеет центральное отверстие, а вторая пластина выполнена сплошной и крепится к первой посредством, по крайней мере, трех крепежных элементов, включающих в себя винт и простановочные калиброванные шайбы, устанавливаемые между пластинами, на конической боковой поверхности сопла, соосно корпусу, закреплен распылитель, охватывающий пластинчатый отбойник, и выполненный в виде перфорированного диффузора.

На фиг. 1 изображен общий вид теплообменного аппарата; на фиг. 2 представлен продольный разрез теплообменного аппарата; на фиг. 3 представлен разрез А-А фиг. 2; на фиг. 4 представлен разрез Б-Б фиг. 2; на фиг. 5 - схема распылительной сушилки, на фиг. 6 - схема мелкодисперсного распылителя жидкости.

Теплообменный аппарат для распылительной сушилки (фиг. 1-4), являясь герметично закрытым теплообменником, содержит соосно расположенные между собой две части, выполненные, например, в виде цилиндрических поверхностей с основаниями, фланцами и крышками, при этом нижняя часть 1 представляет собой зону нагрева и испарения, а верхняя часть 2 - зону охлаждения и конденсации. Корпус 6 зоны охлаждения и конденсации выполнен с теплоизолированными стенками и патрубками 7 и 8, предназначенными соответственно для ввода и вывода обогреваемого раствора. В нижней части 1 теплообменного аппарата, соосно корпусу, размещена вертикальная оребренная труба 3, находящаяся в смесительной камере 17 топки 16 с теплоизолированными стенками 18. При этом оребренная труба 3, выходя из топки 16, переходит в теплообменник, который состоит из корпуса 6, трубы 4, большего диаметра, чем оребренная труба 3, выходящих из трубы 4 четырех наклонных под углом 60-80° труб 5, расположенных перпендикулярно друг к другу, причем стенки корпуса 6 теплоизолированы теплоизоляционным материалом, например пенофолом. Корпус 6 имеет четыре патрубка: патрубок 7 для ввода обогреваемого раствора, патрубок 8 для вывода обогреваемого раствора в дальнейший производственный процесс, патрубок 9 в нижней части корпуса 6, предназначенный для опорожнения емкости корпуса 6, и расширитель 10 с патрубком 11 для вывода раствора в циркуляционный контур (не показан). Кроме того, аппарат оснащен манометром 13, предохранительным клапаном 12 и краном 14 для залива теплоносителя и имеет линию 15 компенсации избыточного давления для залива теплоносителя при работающем аппарате, снабженную вентилем.

Распылительная сушилка (фиг. 5) содержит цилиндрическую сушильную камеру с нижним подводом теплоносителя 25, который подается из топки 19 вентилятором (не показано) по воздуховоду 22, причем на днище камеры размещено скребковое устройство 26 для отгрузки готового продукта. Топка 19 сушилки содержит вмонтированный внутрь ее теплообменный аппарат 20, в который поступает для предварительного подогрева исходный раствор из емкости 21, который затем поступает по каналу 23 из теплообменного аппарата 20 в распылитель 24.

Мелкодисперсный распылитель жидкости (фиг. 6) содержит полый корпус, состоящий из цилиндрической части 27 с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости, и двух, последовательно соединенных и соосных с ним, полых цилиндроконических поясов 28 и 29.

Соосно корпусу в его нижней части закреплено сопло 30, образованное наружной конической поверхностью и торцевой, перпендикулярной оси сопла, глухой перегородкой 31, в которой выполнены центральное дроссельное отверстие 32 и, по крайней мере, три наклонных отверстия 33 под углом 45° к оси сопла. На конической поверхности сопла 30 выполнен цилиндрический буртик с наружной резьбой для соединения сопла с нижним цилиндроконическим поясом 29 корпуса. Корпус и сопло 30 образуют между собой несколько соосных внутренних цилиндрических камер 34, 36,37, 38 и коническую камеру 35. Камера 34 служит для подвода жидкости, камеры 35, 36 и 38 являются расширительными камерами, а камера 37 выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления.

На сопле 30 со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен дополнительный ряд жиклеров, которые образованы, по крайней мере, тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов 42 для прохода жидкости и горизонтальных каналов 41, которые пересекаются на конической боковой поверхности сопла 30 и образуют выходные отверстия каждого из жиклера. Парные каналы 41 и 42 расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса. Коническая боковая поверхность 30 сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°.

На цилиндроконическом поясе 28, жестко соединенном с цилиндрической частью 27 корпуса с внешней резьбой, выполнены два ряда дроссельных отверстий: один ряд представляет собой, по крайней мере, три горизонтальных отверстия 29, выполненных на цилиндрической поверхности, другой ряд представляет собой, по крайней мере, три наклонных отверстия 43 под углом 45°, выполненных на конической поверхности. При этом в горизонтальной плоскости проекции осей отверстий 39 и 43 в этих рядах отстоят друг от друга на угол 7,5…60°.

На цилиндроконическом поясе 29, соединенном с соплом 30 посредством внутренней резьбы, выполнен ряд, состоящий, по крайней мере, из трех горизонтальных дроссельных отверстий 40. При этом в горизонтальной плоскости проекции осей отверстий 40 и жиклеров, которые образованы, по крайней мере, тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных 42 и горизонтальных 41 каналов на конической боковой поверхности сопла 30, отстоят друг от друга на угол, лежащий в оптимальном диапазоне величин: 7,5…60°.

Теплообменный аппарат для распылительной сушилки работает следующим образом.

Находящаяся в смесительной камере топки 16, в зоне нагрева и испарения теплообменного аппарата, оребренная труба 3 заполняется водой (около 11 л). Под действием высоких температур (около 600°) в смесительной камере топки 16 вода нагревается, закипает и превращается в пар (испаряется). При этом она поглощает большое количество теплоты (теплота парообразования), которое переносится паром к другой более холодной части 2 теплообменного аппарата в зону охлаждения и конденсации, где пар конденсируется и отдает поглощенную теплоту обогреваемому раствору. Далее сконденсированная жидкость опять возвращается в зону нагрева и испарения. Благодаря тому, что трубы 5 расположены под наклоном и в зоне конденсации отсутствуют горизонтальные участки, не создается застойных зон конденсата. Раствор непрерывно поступает в корпус 6 через патрубок 7 и далее либо отбирается в процесс через патрубок 8, либо возвращается в обратную линию циркуляционного контура через расширитель 10 и патрубок 11. Конструкция верхней части теплообменного аппарата позволяет равномерно обогревать раствор, не прибегая к принудительному перемешиванию, при этом теплообменный аппарат работает в экономичном режиме, т.к. за счет компактной конструкции нижней части перекрывает поток газа лишь на 3%, не создавая тем самым ощутимых препятствий для прохождения газа в сушилку и не влияя на расход газа.

Распылитель устанавливается в рабочее состояние в вертикальном положении. При подаче жидкости в корпус 27 под действием перепада давления 0,4…0,8 МПа в каналах и дроссельных отверстиях образуются капиллярные турбулентные потоки жидкости, устремляющиеся к выходным сечениям этих отверстий.

После столкновения потоков жидкости в каналах 41 и 42 и истечения через выходные отверстия жиклеров происходит образование веерообразного газожидкостного потока в виде пелены, т.е. реализуется механизм дробления капель жидкости, но генерируемый пеленообразный поток отклоняется от горизонтальной плоскости на больший угол, в диапазоне от 45 до 60°, в направлении к центральной области орошаемой поверхности, расположенной непосредственно под центральным дроссельным отверстием 32 в глухой перегородке 31 распылителя. Такое распределение распыляемой жидкости позволяет повысить равномерность распыления жидкости над центральной частью орошаемой поверхности.

В рабочем режиме установки температурный напор в нижней части теплообменника составляет 460÷480°С, в верхней части - 50÷60°С. Производительность по теплопереносу составляет 70000÷80000 ккал/час.

Теплообменный аппарат представляет собой аппарат, совмещающий в себе собственно герметично закрытый теплообменник - термосифон, заполняемый дистиллированной водой; и емкость для нагрева рабочих растворов до температуры кипения, работающую в проточном режиме.

В рабочем режиме установки температурный напор в нижней части теплообменника составляет 420÷480°С, в верхней части 40÷60°С.

Производительность по теплопереносу составляет 90÷100 кВт.

Таким образом, конструкция заявленного термосифонного теплообменного аппарата позволяет повысить эффективность и экономичность его работы и упростить процесс его изготовления.

На фиг. 6 представлена схема распылителя жидкости.

Распылитель жидкости содержит полый корпус, состоящий из цилиндрической части 27 с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости и внутренней резьбой для соединения с коническим соплом 28.

Корпус и сопло образуют две соосные между собой внутренние камеры. Цилиндрическая камера 29 служит для подвода жидкости, а коническая камера 30, образованная поверхностью усеченного конуса сопла, является нагнетательной камерой для создания повышенного давления.

На сопле со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен жиклер, который состоит из цилиндрического дроссельного отверстия 34 и конического отверстия 35 с расширением в сторону объекта. При этом на поверхности конического отверстия 35 выполнена винтовая (на чертеже не показано) нарезка (например, коническая резьба с крупным шагом) для создания веерообразного выхода жидкости из жиклера.

На конической боковой поверхности 31 сопла выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий 32 и 33, оси которых перпендикулярны боковой поверхности 31 сопла 28, и в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три цилиндрических дроссельных отверстия, причем в горизонтальной плоскости проекции осей отверстий 32 и 33 в этих рядах отстоят друг от друга на угол 7,5…60° для создания мелкодисперсной сплошной фазы распыливаемой жидкости.

К торцевой поверхности сопла 31, осесимметрично корпусу 27, крепится пластинчатый отбойник, состоящий из перпендикулярных оси корпуса и параллельных между собой, по крайней мере, двух пластин. Первая пластина 37 крепится к торцевой поверхности сопла 31 посредством, по крайней мере, трех крепежных элементов 41, включающих в себя винт и простановочные калиброванные шайбы 39, устанавливаемые между пластиной 37 и торцевой поверхностью сопла 31.

Первая пластина 37 имеет центральное отверстие 36, а вторая пластина 38 выполнена сплошной и крепится к первой посредством, по крайней мере, трех крепежных элементов 32, включающих в себя винт и простановочные калиброванные шайбы 40, устанавливаемые между пластинами 37 и 38.

Вторая сплошная пластина 38 пластинчатого отбойника может быть выполнена не плоской, а выпуклой или вогнутой (не показано), причем вершина выпуклой поверхности может быть направлена как в сторону торцевой поверхности сопла 31, так и от нее. Это зависит от вязкости распыливаемой жидкости и требуемой степени дисперсности распыливаемого потока жидкости.

На конической боковой поверхности 5 сопла соосно корпусу закреплен распылитель 17, охватывающий пластинчатый отбойник и выполненный в виде перфорированного диффузора.

Работа распылителя жидкости осуществляется следующим образом.

Распылитель устанавливается в рабочее состояние в вертикальном положении. При подаче жидкости в корпус 27 под действием перепада давления 0,4…0,8 МПа в жиклере и цилиндрических дроссельных отверстиях 32 и 33 создаются потоки жидкости, устремляющиеся к выходным срезам отверстий и жиклера.

При столкновении расширяющихся потоков жидкости, истекающих через выходное коническое отверстие жиклера с винтовой нарезкой, в цилиндрических дроссельных отверстиях 32 и 33 происходит образование веерообразного газожидкостного потока в виде пелены, т.е. реализуется механизм дробления капель жидкости, но генерируемый пеленообразный поток отклоняется от горизонтальной плоскости на больший угол, в диапазоне от 45 до 60°, в направлении к центральной области орошаемой поверхности, расположенной непосредственно под жиклером, а вторичное дробление капель жидкости и получение мелкодисперсного факела обеспечивает пластинчатый отбойник.