Результат интеллектуальной деятельности: Сушилка для пастообразных материалов на инертных телах

Изобретение относится к сушильной технике, а именно к сушилкам с активным гидродинамическим режимом, предназначенным для сушки пастообразных материалов во взвешенном закрученном слое инертных частиц, и может найти применение в производстве красителей, полупродуктов, медицинских препаратов и др.

Аналогом является сушилка для пастообразных материалов на инертных телах (SU 1778478 А1), содержащая биконическую камеру, цилиндрическую сепарационную камеру, ротор, барабан с тангенциальным входом, конус, кольцо, диффузор и взвешенный закрученный слой инертных частиц.

Сушилка работает следующим образом. В биконическую камеру загружается инертный материал в виде частиц размером (3…5)⋅10^-3 м (полимерный гранулят). Теплоноситель делится на два потока: пристеночный и центральный, образующий плотный кольцеобразный закрученный слой инерта. Внутри камеры размещен ротор с насадком, имеющий перфорацию на нижней части для подачи влажного материала. Ротор имеет возможность вращения вокруг оси 0…400 мин^-1. При взаимодействии вращающегося ротора со слоем инертного материала образуются дополнительно два контура интенсивной циркуляции инерта. При подаче материала через вращающийся ротор существенно увеличивается относительная скорость в системе «инерт-наносимый влажный материал» и достигает 7…8 м/с. При этом происходит постоянная локальная замена инерта в зоне нанесения и активное вбрасывание инерта с нанесенным влажным материалом в основной слой инерта. Высохший материал подвергается ударному воздействию на верхней части ротора и выносится в виде аэровзвеси из аппарата.

К недостаткам этой сушилки следует отнести: количество частиц инерта, контактирующих с ротором в нижней части, незначительно; взаимодействие частиц с ротором является однократным, что отрицательно сказывается на равномерности распределения материала по поверхности инерта. Первичная обкатка инерта с материалом на нижней части ротора практически отсутствует. Аппарат чувствителен к дозировке влажного материала, что может приводить к нарушению гидродинамики слоя и активному агрегатированию в нижней части слоя. Наиболее крупные агрегаты попадают в барабан, постоянно накапливаются и приводят к аварийной остановке аппарата. Воздействие теплоносителя на агрегаты в барабане является неэффективным и не приводит к разрушению агрегатов.

В качестве прототипа выбрана сушилка для пастообразных материалов на инертных телах (SU 1666898 А1), содержащая цилиндро-коническую камеру взвешенного слоя, барабан для тангенциального ввода теплоносителя с конусом, соосные с камерой диффузор и кольцо и боковое фильерное устройство.

Сушилка работает следующим образом. Теплоноситель, подаваемый через тангенциальные вводы барабана, делится при помощи конической вставки и цилиндрической вставки на два потока: пристеночный и центральный. При этом образуется центральный и пристеночный потоки теплоносителя, формирующие устойчивый закрученный слой инерта. Пристеночный поток имеет более высокую скорость, чем центральный, что способствует равномерному распределению влажного материала на инерте при обкатывании в пристеночной зоне и активному истиранию высушенного материала. При этом интенсивное перемешивание препятствует агрегатообразованию.

Однако данной сушилке присущи следующие недостатки: низкая интенсивность распределения высоковязких пастообразных материалов по поверхности инерта; недостаточная кинетическая энергия частиц инерта для удаления высохших пленок материалов, проявляющих при высыхании ощутимую адгезию к поверхности инерта; попытки дальнейшего увеличения производительности сушилки за счет увеличения общего расхода теплоносителя приводят к прорыву слоя инерта в центральной осевой области и нарушению общей гидродинамической обстановки в аппарате. При аварийных режимах, связанных с увеличением подачи влажного материала, цилиндрическая часть рабочей камеры подвергается нежелательному активному покрытию пастообразным высушиваемым материалом (возникают потеки влажного материала с агрегатированием на них частиц инерта), что может привести к полной остановке аппарата.

Целью изобретения является интенсификация процесса сушки и улучшение условий очистки рабочей поверхности сушильного аппарата. Указанная цель достигается тем, что используется сушилка для пастообразных материалов, содержащая биконическую камеру взвешенного слоя 1, сепарационную камеру 2, фильерное устройство для ввода влажного материала 3, закрученный слой инертного материала 5, барабан с тангенциальными вводами теплоносителя 6 и конусом 7, отличающаяся тем, что в зоне нанесения влажного материала на инерт размещена футеровка 4 из термобиметаллических (Т-Б) пластин.

При анализе известных технических решений не обнаружены решения, имеющие признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого изобретения. На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что заявленное техническое решение обладает существенными отличиями.

На фиг. 1 схематично изображена предлагаемая сушилка; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 - фрагмент футеровки из термобиметаллических пластин; на фиг. 4 - сечение В-В фиг. 3; на фиг. 5 - сечение С-С фиг. 3. На фиг. 4 и 5 показано состояние термопластин при высокой температуре (значительная деформация). При температуре сушки Т-Б пластины практически ровные (состояние показано штриховыми линиями).

Сушилка содержит биконическую камеру взвешенного слоя 1, цилиндрическую сепарационную камеру 2, фильерное устройство для ввода влажного материала 3, футеровку из термобиметаллических пластин 4, закрученный слой инертного материала 5, барабан с тангенциальными вводами теплоносителя 6 с конусом 7.

Сушилка работает следующим образом. В биконическую камеру 1 загружается дисперсный инертный материал 5 (гранулы полиэтилена, полипропилена, полиэтилентерефталата и фторопласта). Теплоноситель, подаваемый через тангенциальные вводы барабана 6, воздействует на инертный носитель и приводит его во взвешенное состояние. При этом образуется плотный кольцеобразный закрученный слой инертных частиц (вращение слоя показано крупной стрелкой фиг. 1). Влажный материал подается через боковое фильерное устройство, срезается гранулами инерта с последующей обкаткой по поверхности сушильной камеры. В дальнейшем происходит перераспределение материала между частицами инерта, сушка и отслаивание целевого продукта, который удаляется в виде взвеси с отработанным теплоносителем.

Как показывает практика, при значительных колебаниях по производительности питающего устройства весьма часто возникает налипание влажного материала и частиц инерта на цилиндрическую часть рабочей камеры. При высыхании подобных конгломератов возникают достаточно прочные образования, которые в дальнейшем увеличиваются в размерах, искажают гидродинамику процесса и могут привести к аварийной остановке аппарата. Восстановление аппарата в таких случаях требует частичной разборки аппарата и чистки рабочей поверхности сушильной камеры 1 при больших временных и трудовых затратах.

Как показывают исследования процесса сушки на прототипе, замазыванию подвергается в основном кольцевая область на уровне расположения питающего устройства.

В предложенном техническом решении используется футеровка из Т-Б пластин, размещенных кольцеобразно на уровне расположения питающего устройства, т.е. в зоне максимально вероятного образования налипания. Т-Б пластины выполняются толщиной (0,3…0.5)⋅10^-3 м из термобиметалла с максимальной чувствительностью и максимальным удельным изгибом марки Т-Б 2013 (Материалы в приборостроении и автоматике / Справочник. - М.: Машиностроение, 1982. - С. 338). Для конических рабочих камер футеровка выполняется из отдельных квадратных пластин размерами (150…200)⋅10^-3 м. Для цилиндрических рабочих камер используются полосы соответственно размеру камеры. Т-Б пластины выпускаются в виде полос (10…250))⋅10^-3 м (Материалы в приборостроении и автоматике / Справочник. - М.: Машиностроение, 1982. - С. 338).

Крепление Т-Б пластин выполнено по квадратной схеме с шагом (40…60)⋅10^-3 м для обеспечения максимальной деформации сегментов пластин даже при незначительных изменениях температуры. Крепежные элементы фиксируют пластину как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости (поз. 8 фиг. 3). Такое пошаговое крепление (в виде квадратной сетки) позволяет пластине деформироваться при изменении температуры в виде локальных куполов (фиг. 3). Изменение температуры в процессе сушки вызывает непрерывную локальную деформацию Т-Б пластин, в результате чего в пленке материала появляются трещины и сдвиговые явления, что приводит к активному отслаиванию высохших пленок и освобождению всей поверхности Т-Б пластин.

При чистой поверхности Т-Б пластины температура пластины практически близка температуре теплоносителя в этой зоне, что соответствует определенной деформации в данной точке и ее ближайшей окрестности. При образовании влажной пленки локальная температура пластины (под пленкой) близка к температуре мокрого термометра. При этом разность между температурами сухого и мокрого термометра может достигать 100…150°C. Указанное обстоятельство положительно сказывается на количественном значении деформации Т-Б пластины. Визуальные наблюдения показывают, что в процессе сушки форма отдельных сегментов пластины меняется непрерывно.

Предложенное исполнение рабочей камеры сушилки позволяет увеличить производительность сушильного аппарата и обеспечивает стабильную устойчивость работы в аварийных режимах. При полностью покрытой футеровкой рабочей поверхности восстановление аппарата даже при аварийных режимах производится без вскрытия путем продувки холодным или горячим теплоносителем. Это приводит к деформации всех отдельных Т-Б элементов, рабочая поверхность очищается полностью за кратчайшие сроки (1…2 мин).

Таким образом, по сравнению с прототипом более полно используется рабочая зона сушилки с устранением агрегатирования инерта на поверхности рабочей зоны и непрерывная очистка налипшего влажного материала.

Экспериментальная проверка проводилась (по аналогии с прототипом) при сушке резины. По сравнению с прототипом при равных габаритных размерах производительность предлагаемой сушилки больше на 30…35% в зависимости от начальной влажности продукта за счет:

- увеличения количества подаваемого материала при минимальном риске аварийной остановки аппарата;

- увеличения эффективной площади тепломассообмена при включении в работу поверхности Т-Б пластин (пленка влажного материала на Т-Б пластинах активно деформируется с образованием множественных трещин с последующим отслаиванием);

- активного разрушения конгломератов, находящихся па поверхности Т-Б пластин.

Использование предлагаемой сушилки по сравнению с существующими конструкциями обеспечивает следующие преимущества:

- существенное увеличение производительности при одинаковых габаритах рабочей камеры;

- появление дополнительной значительной поверхности тепломассообмена;

- увеличение степени отработки теплоносителя за счет увеличения суммарной поверхности тепломассообмена (инерт + пластины);

- снижение риска возникновения аварийного режима при нестабильной подаче влажного материала;

- ускоренное восстановление работоспособности аппарата после аварийной остановки (3…5 мин) без вскрытия аппарата путем продувки горячим или холодным теплоносителем.