Результат интеллектуальной деятельности: Установка для сушки пастообразных материалов в закрученном взвешенном слое инертных тел

Изобретение относятся к сушильной технике, а более конкретно к сушилкам с активным гидродинамическим режимом, предназначенным для сушки пастообразных материалов, и может найти применение в производстве пищевых продуктов, медицинских препаратов и красителей.

Аналогом является сушилка для суспензий и пастообразных материалов на инертных телах, содержащая биконическую камеру, сопряженную с цилиндрической сепарационной камерой, устройство для подвода теплоносителя с диффузором, полый ротор с насадком, выполненным из двух частей, имеющих криволинейную образующую боковой поверхности и сопряженными большими основаниями, при этом нижняя поверхность насадка снабжена перфорацией, а ротор установлен с возможностью перемещения (SU 1778478 А1).

Недостатком данной конструкции является незначительная высота рабочего слоя, что обусловлено монодисперностью частиц инерта, и налипание влажного материала в верхней части сушилки.

Прототипом является 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, вставки имеют прямоугольные окна, позволяющие задавать соотношение потоков теплоносителя. Пристеночный и центральный потоки теплоносителя воздействуют на инертный носитель и приводят его во взвешенное состояние. При этом образуется плотный кольцеобразный закрученный поток инертных тел, в который через боковое фильерное устройство вводится пастообразный материал, высушивается и, в виде аэровзвеси, отводится с отработанным теплоносителем. Пристеночный поток имеет большую, чем центральный поток, скорость, что способствует истиранию высохшего слоя материала. Организация оптимального гидродинамического режима выполняется за счет регулирования соотношения потоков теплоносителя.

К недостаткам этой сушилки следует отнести следующее:

- недостаточная высота рабочего слоя инерта;

- отсутствует разделение частиц по высоте слоя инерта с влажным материалом и высохшим;

- вертикальная циркуляция частиц инерта незначительна.

Техническая задача - создание установки для сушки пастообразных материалов в закрученном взвешенном слое инертных тел, позволяющей интенсифицировать процесс сушки и увеличить производительность с помощью применения регулируемой диафрагменной перегородки, задающей оптимальное объемное соотношение слоев в верхнем и нижнем ярусах при сушке конкретизированных влажных пастообразных материалов.

На фиг. 1 изображена описываемая установка; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1.

Установка для сушки пастообразных материалов в закрученном взвешенном слое инертных тел содержит биконическую камеру 1 взвешенного закрученного слоя инертных тел с верхним 2 и нижним 3 ярусами, тангенциальные вводы основного теплоносителя 4 и дополнительного теплоносителя 5; питатель 6; диафрагменную перегородку 7.

Установка для сушки работает следующим образом. В биконическую камеру 1, в зависимости от предварительно известных свойств высушиваемого пастообразного материала, загружаются наиболее подходящие инертные тела (гранулированные частицы размером (3…5)*10^-3 м из фторопласта, полиэтилена, полипропилена и т.д.). При первичном пуске в отсутствии подачи влажного материала все инертные тела образуют закрученный взвешенный слой и сообразно скорости витания находятся преимущественно в верхнем ярусе 2, в нижнем ярусе 3 инертные тела практически отсутствуют. Оба яруса разделяются диафрагменной перегородкой 7, позволяющей изменять площадь поперечного сечения, соединяющего оба яруса, регулируя тем самым скорость теплоносителя в сечении диафрагмы.

Затем организуется дозированная при помощи питателя 6 подача влажного материала, который наносится на слой инертных тел верхнего яруса 2, распределяется по поверхности частиц инерта и подвергается процессу сушки в закрученном слое инертных тел.

Процесс нанесения высушиваемого материала на инерт носит весьма сложный характер. Пленка высушиваемого материала далека от «идеальной» (равнотолщинное покрытие поверхности инертных тел) формы покрытия. Кроме того, при избыточном нанесении материала на единичные тела инерта, возникают агрегаты из двух и более единичных инертных тел. При этом резко нарушается гидродинамика закрученного инертного слоя, что в дальнейшем может привести к аварийной остановке сушилки.

С целью повышения устойчивости работы сушилки, повышения производительности и устранения агрегатирования в предложенной сушильной установке применяется сепарация закрученного слоя инерта, основанная на разности веса единичных тел с «нормальным» распределением влажного материала и «аномальным» (под этим понимается избыточное количество наносимого влажного материала, приводящее, как правило, к агрегатированию инертных тел).

При данном техническом решении отдельные инертные тела с избыточным нанесенным влажным материалом, а также агрегатированные инертные тела проваливаются в нижний ярус 3 через диафрагменную перегородку 7, разделяющую верхний 2 и нижний ярус 3, подвергаются досушке с удалением высушенного материала с поверхности инертных частиц, а также разрушению агрегатов и возвратом отдельных частиц в верхний ярус 2.

Изменение сечения диафрагменной перегородки 7 (фиг 2.) позволяет регулировать скорость витания в этом сечении. Это приводит к тому, что в нижний ярус 3 попадают только агрегаты из инертных тел или инертные тела с повышенным содержанием влажного материала (как более тяжелые). При этом досушка в нижнем ярусе 3 при отсутствии вновь поступающего влажного материала приводит к разрушению агрегатов и вбрасыванию частиц в верхний ярус 2. Такое техническое решение позволяет удалять из основного слоя в верхнем ярусе 2 агрегатированные инертные тела с помощью регулирования скорости витания в зоне диафрагменной перегородки 7.

В нижнем ярусе 3 организуется более активный гидродинамический режим, скорость движения частиц инерта на 35-70% больше, чем в верхнем ярусе 2. Это улучшает истирающие возможности слоя.

Таким образом изменение сечения диафрагменной перегородки 7 позволяет оперативно регулировать скорость теплоносителя непосредственно в этом сечении, создавая тем самым гидродинамические условия для провала агрегатов и «тяжелых» инертных тел в нижний ярус 3. Как показывает производственная практика, пастообразные материалы значительно отличаются по вязкости, плотности, адгезионным свойствам и т.д., т.е. имеют явно выраженный индивидуальный характер, что отражается на условиях распределения влажного материала по поверхности инертных тел.

Указанное решение позволяет для каждого конкретного высушиваемого материала с индивидуальными характеристиками задавать конкретную скорость витания в зоне диафрагменной перегородки 7, т.е. производить классификацию (разделение) по весу инертных тел с нанесенным материалом. Такой подход позволяет раздельно осуществлять сушку инертных тел с «нормальным» распределением влажного материала в верхнем ярусе 2 и сушку в нижнем ярусе 3 инертных тел с «аномальным» распределением влажного материала, а также активное разрушение агрегатов, образовавшихся в процессе нанесения влажного материала на инертные тела.

Предлагаемое техническое решение позволяет оперативно без дополнительных опытов устанавливать непосредственно в процессе сушки оптимальное сечение диафрагменной перегородки 7 для сепарации инертных тел с «нормальным» и «аномальным» распределением влажного материала при обеспечении максимальной производительности сушилки.

Таким образом, при одинаковых габаритах сушилки (по сравнению с прототипом) значительно уменьшается вероятность агрегатирования инерта, более полно используется рабочая зона сушилки (закрученный слой разбивается на два яруса). В нижнем ярусе 3 активно применяется ударно-истирающее воздействие на инертные тела и агрегаты из них. Обеспечивается постоянный вывод агрегатов из зоны нанесения, что в целом обеспечивает увеличение производительности сушилки.

По сравнению с прототипом при равных габаритных размерах производительность предлагаемой сушилки больше на 32…35% (в зависимости от конкретного пастообразного материала) за счет:

- постоянной сепарации взвешенного слоя инертных тел верхнего (основного) яруса с переводом агрегатированных инертных тел в нижний (дополнительный) ярус;

- досушки нанесенного на инертные тела в избыточном количестве влажного материала в условиях, исключающих дальнейшее агрегатообразование;

- организации существенно более активного гидродинамического режима в нижнем ярусе для разрушения агрегатов из инертных тел.

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

- разделение взвешенного слоя инертных тел на две части позволяет более полно использовать рабочий объем сушильной камеры при существенном увеличении эффективной площади тепломассообмена (до 30…35%);

- сепарация взвешенного слоя инертных тел верхнего (основного) яруса с переводом агрегатированных инертных тел в нижний (дополнительный) ярус значительно повышает устойчивость работы установки в условия нестабильной подачи влажного материала;

- применение организованной сепарации взвешенного слоя инертных частиц позволяет увеличить производительность установки без опасности аварийной остановки;

- активное механическое разрушение агрегатов из инертных тел и материала в нижнем ярусе сушилки;

- включение в активный процесс сушки нижнего яруса сушильной камеры, в котором локальные коэффициенты тепломассопереноса в 2…2,5 раза выше средней величины по рабочей зоне верхнего яруса установки;

- возможность оперативного регулирования параметров сепарационной зоны при изменении вида влажного продукта или при изменении начальной влажности целевого продукта.