Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА И СПОСОБ ТЕРМОУДАРНОЙ ОБРАБОТКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области химической промышленности и может найти применение в производстве катализаторов, носителей, адсорбентов, осушителей, наполнителей, керамики, магнитных материалов, неорганических пигментов, твердых электролитов, лекарственных и косметических препаратов и т.д., проведении процессов сушки/охлаждения в химической, пищевой, деревообрабатывающей промышленности и т.п., во всех случаях, когда необходима термическая обработка сыпучих материалов в узком интервале температур.

Наиболее близким техническим решением для предложенной установки и способа обработки является Пат. РФ 2186616, B01J 8/10, 10.08.2002, включающий установку для термоударной обработки сыпучих материалов, содержащую емкость для исходного материала, регулятор расхода, тарель, нагреватели, привод вращения тарели, сборники готового материала, а также раскрывающий способ термоударной обработки сыпучих материалов, включающий загрузку, распределение и перемещение по нагретой поверхности исходного материала, частицы которого находятся в относительном перемещении и контакте, сход готового продукта в накопитель.

Эксплуатация установки, описанной в вышеуказанном патенте, показала, что емкость для исходного материала, содержащая перемешивающее устройство и обогрев стенок с помощью перегретого пара, не обеспечивает необходимой стабильности параметров исходного материала, а следовательно, и его расхода через фиксированную кольцевую щель регулятора расхода. Это приводит к колебаниям температуры термоударной обработки и негативно влияет на качество активированного продукта.

Изобретение решает следующие задачи: обеспечение необходимого качества продукта, повышение производительности труда, автоматизация производства, улучшение условий труда путем автоматического регулирования расхода сыпучего материала в процессе работы регулятора расхода с обратной связью по температуре тарели.

Задачи решаются установкой для термоударной обработки сыпучих материалов, которая содержит емкость для исходного материала, нагреватели, вертикальный вал с приводом вращения, установленный в корпусе, с закрепленной на нем тарелью, регулятор расхода исходного материала, выполненный в виде втулки, взаимодействующей с запорным конусом, установленный в нижней части емкости для исходного материала, регулятор расхода материала имеет привод перемещения конуса в осевом направлении, при этом втулка остается неподвижной, а привод регулятора расхода имеет обратную связь по температуре с системой автоматического программного контроля и управления.

Запорный конус регулятора расхода имеет визуальный указатель величины осевого перемещения, датчик перемещения, датчики нулевой и максимальной ширины дозирующего зазора, связанные с системой автоматического программного контроля и управления.

Задачи решаются также способом термоударной обработки сыпучих материалов, который включает загрузку, распределение и перемещение за счет центробежных сил по вращающейся нагретой поверхности тарели, температуру тарели удерживают в пределах интервала регулирования изменением площади дозирующего зазора при полной мощности нагревателя.

Особенностью предлагаемого регулятора расхода является возможность автоматического изменения в процессе работы установки от нуля до максимума в зависимости от температуры тарели. Регулирование температуры тарели расходом продукта позволяет не отключать нагреватели при ее повышении, что ведет к увеличению производительности установки. Кроме того, нагреватели обладают большой тепловой инерцией и замедленной реакцией на изменения температуры, исчисляемой десятками секунд, в то время как при регулировании расходом реакция на изменение температуры наступает в пределах одной секунды, что позволяет точнее выдерживать технологический процесс.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами. На Фиг.1 приведен общий вид конкретной конструкции установки для термоударной обработки сыпучих материалов. На Фиг.2 приведен общий вид регулятора расхода.

Тарель 1 (см. Фиг.1) закреплена на валу 2, вращающемся в подшипниковом узле 3 с помощью привода 4. Тарель 1 имеет загрузочную поверхность 5 (на Фиг.1 - коническая) и рабочую поверхность 6 (на Фиг.1 - криволинейная). Нагреватель 7 (на Фиг.1 - электрический) расположен в основании 8. Верхняя часть 9 основания 8 образует с рабочей поверхностью 6 тарели 1 щель для прохода нагреваемого материала. В расположенной над тарелью верхней части 9 основания 8 в области, где давление перегретого пара, образующегося при нагреве сыпучего материала, наибольшее, выполнена кольцевая полость 10, которая соединена с кольцевым трубопроводом 11. Кольцевой трубопровод 11 служит для удаления перегретого пара. Вдоль боковой поверхности корпуса 12 установлены трубки 13 для подачи охлаждающей жидкости. Образованная боковыми поверхностями корпуса 12 и основания 8 полость охлаждения 14 переходит в коническую полость 15 кожуха для схода продукта в сборники 16. В нижней части загрузочного бункера 17 установлен регулятор расхода 18.

Регулятор расхода (см. Фиг.2) имеет вращающийся конус 19 и неподвижную втулку 20, величина зазора 21 между конусом 19 и нижней кромкой втулки 20 определяет производительность регулятора. Для изменения зазора 21 конус 19 имеет возможность перемещения в осевом направлении по отношению ко втулке 20. Вращение конусу 19 передается от вала 2, паз 22 которого входит в соответствующий выступ в основании опоры 23. Пружина 24 прижимает конус через шайбу 25 к поверхности заплечиков стержня 26, жестко связанного с опорой 23, и силой трения заставляет конус 19 вращаться вместе с опорой 23. Осевое перемещение передается конусу 19 вращением корпуса 27, соединенного с опорой подшипником 28 и связанного с втулкой 20 резьбой. Подшипник 28 обеспечивает соосность между конусом 19 и втулкой 20 и независимость вращения опоры 23 относительно корпуса 27. Во время хода опоры 23 вверх конус 19 доходит до втулки 20 и своей поверхностью прижимается к ее нижней кромке. При этом опора 23 продолжает двигаться вверх на несколько десятых долей миллиметра и, сжимая пружину 24, отрывает поверхность заплечиков стержня 26 от шайбы 25. После этого вращение конуса 19, затем корпуса 27, а следовательно, и ход опоры 23 вверх прекращается. Вращение корпуса 27 осуществляется с помощью электромеханического привода 29, связанного с зубчатым венцом корпуса 27 через шестерню 30. Ограничение осевого хода корпуса 27 осуществляется конечными выключателями 31. Автоматическое слежение за расходом осуществляется с помощью короны 32, жестко связанной с корпусом 27 и имеющей на своей боковой поверхности окна. С помощью датчика 33 производится считывание числа окон вращающейся короны 31. Втулка 20, электромеханический привод 28, конечные выключатели 30, датчик 33 расположены на плите 34.

Установка работает следующим образом. После загрузки емкости 17 (см. Фиг.1) исходным сыпучим материалом вал 2 приводят во вращение приводом 4, включают нагреватели 7 и прогревают тарель 1 до температуры, при которой осуществляются физико-химические превращения исходного материала. После установления требуемой температуры включают систему автоматического управления, которая в зависимости от температуры устанавливает с помощью регулятора расхода 18 соответствующий ей расход исходного материала. При движении вдоль загрузочного конуса 5 исходный материал приобретает кинетическую энергию, достаточную для преодоления торможения при переходе на рабочую поверхность 6 тарели 1. Описанная схема подачи исходного сыпучего материала обеспечивает его равномерное распределение на рабочей поверхности 6 тарели 1. В связи с многократным увеличением площади поверхности, по которой распределяется материал при движении по тарели 1, обеспечивается плотный контакт всех его частиц («монослой») с горячей рабочей поверхностью 6 тарели 1. Исходный материал совершает вращательное движение по тарели 1 и поступательное движение в радиальном направлении, при этом на частицы действует гравитационная сила, сила трения и центробежная сила. Последняя обеспечивает подъем частиц по криволинейной рабочей поверхности 6 тарели 1 и плотный контакт с ней. На рабочей поверхности 6 тарели 1 происходит интенсивный нагрев частиц сыпучего материала, в результате чего в газовую фазу могут выделяться горячие продукты реакции, химический состав которых зависит от природы исходного вещества. Через кольцевую полость 10 и далее через кольцевой трубопровод 11 эти продукты удаляются. При сходе с тарели 1 нагретый исходный материал имеет окружную составляющую скорости, на порядок большей радиальной составляющей, поэтому он продолжает движение в охлаждающей полости 14 по спирали вдоль цилиндрической поверхности стенки корпуса 13, постепенно опускаясь вниз. Контакт частиц со стенкой охлаждающей полости 14 приводит к быстрому их охлаждению, благодаря чему происходит фиксация структуры активного продукта. Дальнейшее охлаждение продукта происходит при его движении в конической полости 15 кожуха. Далее продукт поступает в сборник 17.

В зависимости от свойств исходного материала и размеров его частиц в процессе термоударной обработки возможно регулирование времени нагрева за счет изменения скорости вращения тарели 1.

С увеличением текущего радиуса в процессе движения частицы исходного материала по тарели 1 возрастает центробежная сила, а значит и ее нормальная составляющая, прижимающая частицу к поверхности 6 тарели 1, и ее проекция на образующую криволинейной поверхности в радиальном сечении тарели. Таким образом, чем больше текущий радиус, тем больший угол наклона рабочей поверхности 6 тарели 1, который частица может преодолеть, т.е. с увеличением угла наклона поверхности возрастает время нахождения частицы на тарели. Поэтому криволинейная рабочая поверхность тарели позволяет уменьшить габариты, а значит и энергозатраты.

Установка обеспечивает быстрый нагрев и охлаждение - закалку сыпучего материала - благодаря тому, что последний, проходя через кольцевой концентрический зазор 21 (см. Фиг.2) регулятора расхода, при дальнейшем движении по загрузочной поверхности 5 и рабочей поверхности 6 тарели 1 равномерно распределяется по все больше нагретой поверхности, что обеспечивает эффективный нагрев частиц исходного материала посредством теплопередачи при контакте последних с тарелью. Дополнительное к силе тяжести прижатие частиц исходного материала за счет центробежных сил увеличивает плотность их контакта с нагретой поверхностью 6 тарели 1 и улучшает процесс теплопередачи. Такой метод нагрева позволяет увеличить скорость относительного движения частиц исходного материала, а значит и производительность процесса.

Выполненная по описанной схеме опытная установка для термоударной обработки сыпучих материалов имеет следующие технические характеристики: диаметр корпуса 1200 мм, высота с кольцевым трубопроводом 2300 мм, диаметр тарели 800 мм, рабочая поверхность тарели - криволинейная, емкость загрузочного бункера (по гидраргиллиту) 40 кг, расход гидраргиллита до 70 кг/час, потребляемая мощность до 40 кВт.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет автоматически устанавливать расход сыпучего материала и следить за ним в зависимости от температуры процесса. Такая зависимость позволяет повысить производительность установки.