Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ РАСТВОРОВ С ИНЕРТНОЙ НАСАДКОЙ

Изобретение относится к сушилкам кипящего слоя и может быть использовано для сушки, например, термочувствительных растворов и паст.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является сушилка по патенту РФ №2335709, F26B 17/10, содержащая корпус с газораспределительной решеткой и форсункой для ввода материала, а внутри корпуса соосно ему размещена обогреваемая камера, к нижней части которой подключена труба с радиальными отверстиями и расширяющимся соплом с газораспределительной решеткой для подачи дополнительного теплоносителя (прототип).

Недостаток прототипа - сравнительно невысокая производительность сушки конечного продукта.

Технический результат - повышение производительности сушки.

Это достигается тем, что в сушильной установке с инертной насадкой, содержащей корпус с газораспределительной решеткой и форсункой для ввода материала, а внутри корпуса соосно ему размещена обогреваемая камера, к нижней части которой подключена труба с радиальными отверстиями и расширяющимся соплом с газораспределительной решеткой для подачи дополнительного теплоносителя, а форсунки для распыления продукта выполнены в виде, по крайней мере одной, акустических форсунок, содержащей корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, патрубков для подвода воздуха и жидкости, генератор акустических колебаний выполнен в виде конического сопла, соосного с корпусом и имеющего кольцевое дроссельное отверстие с внешним диаметром d_c, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем диаметром d_cт, и кольцевого объемного резонатора длиной h, образованного резонаторным стержнем и цилиндрической полостью с внешним диаметром d_p в крепежном элементе, при этом полость объемного резонатора отстоит от среза сопла на расстоянии b, а патрубок для подачи воздуха расположен перпендикулярно оси корпуса и соединен с кольцевой полостью, образованной валиком и внутренней поверхностью корпуса, при этом на валике закреплена обойма с дроссельными отверстиями, соосными с кольцевым дроссельным отверстием, а также соосно закреплен резонаторный стержень, а распыляемая жидкость подается через патрубок, расположенный перпендикулярно оси корпуса в кольцевую полость, образованную кожухом и внешней поверхностью сопла, при этом один торец кожуха выполнен сплошным и связан с корпусом. В другом торце, охватывающем коническое сопло, выполнены дроссельные отверстия, соосные с кольцевым дроссельным отверстием, при этом со стороны, противоположной объемному резонатору, предусмотрено регулировочное устройство в виде маховичка с сальником, которое установлено на свободном конце валика, а отношение длины h кольцевого объемного резонатора к расстоянию b от открытой поверхности полости объемного резонатора до среза сопла лежит в оптимальном интервале величин h/b=0,7÷1,3; отношение внешнего диаметра d_p кольцевого объемного резонатора к диаметру d_ст внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня лежит в оптимальном интервале величин: d_p/d_ст=1,2÷1,9; отношение диаметра d_c кольцевого дроссельного отверстия сопла к диаметру d_ст внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня лежит в оптимальном интервале величин: d_c/d_ст=1,1÷1,7. К кожуху форсунки соосно прикреплен внешний диффузор, а к крепежному элементу кольцевого объемного резонатора с резонаторным стержнем соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор, таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси кольцевого объемного резонатора, к внешнему диффузору акустической форсунки соосно прикреплен дополнительный рассекатель потока, выполненный в виде цилиндрической обечайки, на торцевой части которой со стороны, противоположной диффузору, закреплена перфорированная пластина.

На фиг. 1 показана схема установки для сушки растворов с инертной насадкой, на фиг. 2 - общий вид пневматической акустической форсунки, на фиг. 3-6 - варианты выполнения инертных тел, выполняющих функции насадки.

Установка для сушки растворов с инертной насадкой содержит корпус 1 (фиг. 1) с газораспределительной решеткой 2, внутреннюю камеру 3 с поверхностями нагрева, распыливающую форсунку 5. К нижней части внутренней камеры подведена труба 6, имеющая на выходе расширяющееся сопло 7 с газораспределительной решеткой 8 и снабженная радиальными отверстиями 9, под которыми расположен отражатель 10. Установка работает под разрежением, создаваемым вентилятором. Нагрев основного воздуха производится калорифером 12. Подвод дополнительного теплоносителя к трубе 6 производится автономно при помощи вентилятора через калорифер 11. На наружной поверхности кожуха размещен индукционный подогреватель 4. Внутрь камеры засыпают инертные тела кубической, призматической, сферической формы, которые изготавливают, например, из фторопласта (габаритные размеры тел в поперечнике порядка 4 мм при высоте рабочей камеры 500 мм).

Установка снабжена системой очистки отработанного теплоносителя. Отработавшие запыленные газы подвергаются предварительной акустической обработке в акустической установке 13, оптимальными параметрами которой для звуковой обработки среднедисперсной пыли являются: уровень звукового давления 140 дБ и более, частота колебательного движения 900 Гц, концентрация пыли в воздушном потоке не менее 2 г/м³, время озвучивания 1,5…2 с, после чего газовый поток направляется в осадительный циклон 14 с бункером, где выделяется основная часть унесенного газами сухого материала, а окончательная очистка газов происходит в рукавном фильтре 15.

В качестве распыливающей форсунки 5 используется акустическая форсунка (фиг. 2), содержащая цилиндрический корпус 16 с размещенным внутри генератором звуковых колебаний ультразвукового частотного диапазона, выполненного в виде конического сопла 25, соосного с корпусом 16 и имеющего кольцевое дроссельное отверстие 26 с внешним диаметром d_c, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем 27 диаметром d_cт, и кольцевого объемного резонатора 29 длиной h, образованного резонаторным стержнем 27 и цилиндрической полостью с внешним диаметром d_p в крепежном элементе 28, при этом полость объемного резонатора 29 отстоит от среза сопла 25 на расстоянии b. Воздух под давлением подается через патрубок 18, расположенный перпендикулярно оси корпуса 16 в кольцевую полость 22, образованную валиком 19 и внутренней поверхностью корпуса 16. На валике 19 закреплена обойма 20 с дроссельными отверстиями 21, соосными с кольцевым дроссельным отверстием 26, а также соосно закреплен резонаторный стержень 27. Обойма 20 контактирует по скользящей посадке с цилиндрическим хвостовиком сопла 25. Распыляемая жидкость подается через патрубок 17, расположенный перпендикулярно оси корпуса 16 в кольцевую полость 30, образованную кожухом 23 и внешней поверхностью сопла 25, при этом один торец кожуха выполнен сплошным и связан с корпусом 16, а в другом торце, охватывающем коническое сопла 25, выполнены дроссельные отверстия 24, соосные с кольцевым дроссельным отверстием 26.

Для изменения степени распыла раствора в корпусе 16 со стороны, противоположной объемному резонатору 29, предусмотрено регулировочное устройство в виде маховичка 31 с сальником, которое установлено на свободном конце валика 19.

Для оптимальной работы форсунки должны соблюдаться следующие соотношения ее параметров.

Отношение длины h кольцевого объемного резонатора 29 к расстоянию b от открытой поверхности полости объемного резонатора 29 до среза сопла 25 лежит в оптимальном интервале величин h/b = 0,7÷1,3.

Отношение внешнего диаметра d_p кольцевого объемного резонатора 29 к диаметру d_cт внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня 27 лежит в оптимальном интервале величин: d_p/d_ст = 1,2÷1,9.

Отношение диаметра d_c кольцевого дроссельного отверстия 26 сопла к диаметру d_cт внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня 27 лежит в оптимальном интервале величин: d_с/d_ст = 1,1÷1,7.

К кожуху 23 форсунки соосно прикреплен внешний диффузор 32, а к крепежному элементу 28 кольцевого объемного резонатора 29 с резонаторным стержнем 27 соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор 33, таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси кольцевого объемного резонатора 29.

Акустическая форсунка работает следующим образом.

Распыливающий агент, например воздух, подается по патрубку 18 в полость 22, затем через дроссельные отверстия 21 обоймы 20 в кольцевое дроссельное отверстие 26 с внешним диаметром d_c, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем 27, и затем встречает на своем пути кольцевой объемный резонатор 29. В результате прохождения резонатора 29 распыливающим агентом (например, воздухом) в последнем возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора. Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию жидкости, подаваемой через патрубок 17 в полость 30, образованную кожухом 23 и внешней поверхностью сопла 25, откуда она попадает на дроссельные отверстия 24 в торце кожуха 23 и затем дробится под воздействием акустических колебаний воздуха на мелкие капли, в результате чего образуется факел распыленного раствора с воздухом, корневой угол которого определяется величиной угла наклона конической поверхности сопла 25. Опыты показали, что при давлении воздуха 100 кПа средний диаметр капель составляет 90 мкм, при увеличении давления воздуха примерно в 4 раза (до 400 кПа) средний диаметр капель уменьшается незначительно и составляет 87 мкм.

Установка для сушки растворов с инертной насадкой работает следующим образом.

Раствор или суспензия подается форсункой во внутреннюю камеру на поверхность псевдоожиженного (фонтанирующего) слоя промежуточной дисперсной насадки. Инертные тела обволакиваются пленкой раствора, подсушиваются и попадают в нижнюю часть камеры. Под действием воздуха, выходящего через отверстия 9, выполняющие роль аэродинамического побудителя, и перепада давления по обе стороны стенок камеры происходит непрерывная циркуляция насадки по замкнутому контуру вокруг стенок камеры и одновременная досушка и отделение готового продукта от инертной насадки. Высушенный материал в виде пыли выносится отработанным теплоносителем и осаждается в пылеулавливающих устройствах. Промежуточная насадка вновь совершает регенеративный цикл, попадая во внутреннюю камеру.

Если в качестве инертной насадки используют ферромагнитный материал, то применяется индукционный подогреватель 4, работающий на токе промышленной частоты. При использовании диэлектрической насадки подогреватель выполняется в виде высокочастотной установки. В случае повышения уровня материала во внутренней камере 3 выше заданной величины возрастает сопротивление слоя, что ведет к повышению давления воздуха перед отверстиями газораспределительной решетки 8, а следовательно, и к увеличению расхода воздуха через отверстия 9. В результате возрастает количество материала, вытекающего из внутренней камеры, что в конечном счете приводит к выравниванию уровня слоя. Таким образом во внутренней камере будет поддерживаться средний заданный уровень инертного дисперсного материала.

Сушильный агент вместе с мелкими частицами продукта (нагретый воздух или топочные газы) попадает в акустическую колонку, параметры звуковых колебаний которой настраиваются от блока управления. В акустической колонке происходит отделение от воздуха пылевых частиц, так как под действием звукового поля и связанных с ним колебательных процессов, происходящих в воздушной среде, пылевые частицы слипаются, т.е. коагулируют, образуя крупные агрегаты, что значительно облегчает последующую очистку газов в газоочистных аппаратах. На взвешенные в газах частицы при воздействии акустических колебаний действуют следующие основные факторы: совместное колебание частиц и газовой среды, динамические силы между соседними частицами. Крупные частицы оседают вниз либо в звуковой колонке, либо поступают в полость, связанную с инерционным пылеотделителем.

Оптимальными параметрами для звуковой обработки среднедисперсной пыли являются: уровень звукового давления 140 дБ и более, частота колебательного движения 900 Гц, концентрация пыли в воздушном потоке не менее 2 г/м³, время озвучивания 1,5…2 с. Эти параметры обусловлены тем, что в зависимости от их величины взвешенная частица либо участвует в колебаниях среды (полностью или частично), либо не участвует, так как частицей и средой действуют силы Стокса. Более того, при пропускании звуковых волн через объем газа, находящийся в некотором замкнутом сосуде, в последнем устанавливаются стоячие звуковые волны с образованием узлов (скорость колебаний равна нулю) и пучностей, в которых амплитуда колебаний скорости максимальна. Частота колебательного процесса, равная 900 Гц, создает для концентрации пыли в воздушном потоке, равной не менее 2 г/м³, такую амплитуду звуковой волны, при которой амплитуда скорости газовой частицы, определяемая отношением интенсивности звука (уровень звукового давления 140 дБ и более) к скорости звука в среде, будет находится в области пучности стоячих звуковых волн в заданном замкнутом сосуде (акустической колонке), что и определяет в конечном счете интенсивность акустической коагуляции, т.е. скорость образования крупных частиц.

Возможен вариант, когда к внешнему диффузору 32 соосно прикреплен дополнительный рассекатель потока, выполненный в виде цилиндрической обечайки 34, на торцевой части которой со стороны, противоположной диффузору 32, закреплена перфорированная пластина 35.

Возможно выполнение насадки (фиг. 3) в виде цилиндрического кольца, на боковой, внутренней поверхности которого закреплены перегородки в виде перпендикулярных оси кольца шайб с отверстиями, оси которых асимметричны оси кольца.

Возможно выполнение насадки (фиг. 4) в виде вписываемого в окружность блока, состоящего из семи связанных между собой боковыми гранями шестигранных параллелепипедов без верхнего и нижнего оснований.

Возможно выполнение насадки (фиг. 5) в виде связанных между собой винтовых спиралей, вписываемых в сферическую поверхность с центром, лежащим на оси соединения спиралей.

Возможно выполнение насадки (фиг. 6) в виде, по крайне мере двенадцати, соединенных в блок трехлопастных пропеллеров, проекция которых на плоскость чертежа вписывается в окружность с центром, совпадающим с центром одного из них.