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

Изобретение относится 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 (см. а.с. СССР №1170250 по классу F26B 17/10) для суспензий и пастообразных материалов на инертных телах, содержащая цилиндро-коническую камеру взвешенного слоя с барабаном в нижней части, патрубки для тангенциального ввода теплоносителя и конус с форсунками для подачи влажного материала. К недостаткам этой сушилки следует отнести: а) возникновение локальных прорывов (каналов) вследствие неоднородности закрученного потока воздуха, подающегося в закрученный слой материала. В аппаратах этого типа при максимально носимом количестве инертных тел наблюдается нарушение однородности гидродинамики слоя, что приводит к образованию каналов и прорывов теплоносителя и выбросу инертных тел в выходной патрубок; б) появление застойных зон, в которых наблюдается агрегатирование влажного материала при количестве инертных тел, близком к максимально возможному.

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 инертные телп 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:

Незначительная высота рабочего слоя инертных тел; недостаточная кинетическая энергия взаимодействующих инертных тел для удаления высохших пленок материалов, проявляющих при высыхании ощутимую адгезию к поверхности инертных тел; при дальнейшем увеличении производительности сушилки за счет увеличения общего расхода теплоносителя и носимых инертных тел наблюдается существенное увеличение количества уносимого с отработанным теплоносителем еще влажного материала в виде чешуйчатых частиц, а также ощутимого количества инертных тел, что отражается на качестве продукта (наличие инертных тел в готовом продукте) и приводит к большой неоднородности по конечной влажности продукта.

Целью изобретения является интенсификация процесса сушки пастообразных материалов.

Цель достигается тем, что установка для сушки пастообразных материалов в закрученном взвешенном слое полидисперсных инертных тел, содержащая биконическую камеру, сепарационную камеру, фильерный питатель влажного материала, слой полидисперсных инертных тел, барабан с тангенциальными вводами теплоносителя и центральным конусом, отличающаяся тем, что с целью интенсификации процесса сушки и повышения качественных показателей готового продукта выходной патрубок оснащен центробежным классификатором с электрическим приводом и подвижным регулировочным кольцом.

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 установка для сушки; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - увеличенный вид В на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - дисперсный состав целевого продукта: А - при отсутствии вращения центробежного классификатора; Б - при вращении центробежного классификатора со скоростью 1000 оборотов в минуту.

Установка для сушки содержит биконическую камеру 1, сепарационную камеру 2, фильерный питатель влажного материала 3. слой полидисперсных инертных тел 4. барабан 5 с тангенциальными вводами теплоносителя и центральным конусом 6, подвижное регулировочное кольцо 7, центробежный классификатор 8; патрубок выхода отработанного теплоносителя 10 и электрический привод центробежного классификатора 11.

Сушилка работает следующим образом.

В биконическую камеру 1 загружаются полидисперсные инертные тела (гранулы округлой формы, близкой к сферической, плотностью 1050…2400 кг/м³, диаметром (3,0…5,1)* 10^-3 м (гранулированные полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат, фторопласт)). Теплоноситель, подаваемый через тангенциальные вводы барабана 5, воздействует на слой инертных тел и приводит его во взвешенное состояние. При этом образуется плотный кольцеобразный закрученный полидисперсный слой 4 инертных тел. Высота слоя инертных тел при такой организации подачи теплоносителя является характерной для аппаратов с конической формой рабочей камеры и полидисперсными инертными телами. В верхней части сушилки преимущественно находятся более мелкие инертные тела. В нижней части сушилки располагаются, в основном, крупные инертные тела. Полидисперсность инертных тел позволяет создавать устойчивый высокий закрученный слой по всей конической части сушилки. Затем в слой инертных тел через питатель 3 вводится влажный материал, который распределяется по поверхности инертных тел и подвергается процессу конвективной сушки.

В ходе непрерывного процесса удаления влаги высохший материал отслаивается с поверхности инертных тел, дополнительно истирается в слое инертных тел и удаляется из установки в виде аэровзвеси вместе с отработанным теплоносителем.

В отличие от прототипа, выходной патрубок оснащен центробежным классификатором с электрическим приводом и подвижным регулировочным кольцом. Центробежный классификатор имеет радиальные пластины, закрепленные на оси (практически полный аналог рабочего колеса центробежных насосов), и регулируемый электрический привод с числом оборотов 500…3000 в минуту. Таким образом, возможно применение внутри сушильной установки регулируемой закрутки отработанного теплоносителя с целью использования принципа центробежного классифицирования удаляемого высушенного продукта в отработанном теплоносителе.

При вращении центробежного классификатора отходящий поток отработанного теплоносителя с пылевидным высушенным материалом, проходя по патрубку 9, подвергается интенсивному закручиванию лопастями классификатора, что приводит к выбрасыванию через окна в выходном патрубке за счет центробежной силы (на фиг.4 показано тонкими стрелками) и возврату в слой крупных или тяжелых (недостаточно высохших) частиц материала. В дальнейшем эти частицы материала досушиваются или измельчаются в закрученном слое инертных тел. Также происходит и возврат в слой той части инертных тел, которая случайным образом попала в выходной патрубок.

При этом на поверхности лопастей классификатора крупные частицы материала подвергаются трем видам воздействия:

а) интенсивному ударному;

б) деформирующему при условии достаточной пластичности высушиваемого продукта с образованием новых поверхностей тепломассообмена;

в) истирающему;

Инертные тела, попавшие в отработанный теплоноситель, также подвергаются интенсивной ударной очистке в классификаторе и возврату в закрученный слой инертных тел.

В установке в зависимости от свойств высушиваемого материала предусмотрено три вида регулирования фракционного состава целевого продукта:

а) подвижное кольцо 9 установлено с возможностью вертикального перемещения по выходному патрубку 10 для регулирования высоты открытия окон, что позволяет регулировать ширину диапазона дисперсности возвращаемого в сушилку продукта;

б) вертикальное перемещение центробежного классификатора позволяет регулировать высоту зоны центробежного разделения (показано фигурной скобкой на Фиг. 3)

в) регулируемое вращение центробежного классификатора позволяет подобрать необходимый режим работы в зависимости от плотности целевого продукта, вида частиц высушенного материала (чешуйчатый, волокнистый) и т.д.

Гибкая система регулирования позволяет решать многие задачи воздействия на качество продукта.

Например, нежелательно излишнее измельчение целевого продукта. В этом случае ротор центробежного классификатора опускает до верхнего среза окон в патрубке во избежание излишнего истирания высушенного материала. При необходимости получения большего количества мелкодисперсной фазы в высушенном продукте можно увеличить высоту зоны центробежного разделения (Фиг. 3).

Таким образом, дополнительная регулируемая сепарация отработанного теплоносителя позволяет существенно увеличить расход теплоносителя и количество носимых инертных тел в слое с соответствующим увеличением производительности сушилки без ущерба для качества полученного сухого материала.

По сравнению с прототипом при одинаковых габаритах сушилки более полно используется рабочая зона сушилки, увеличивается количество носимых инертных тел, активнее применяется ударно-истирающее воздействие на инертные тела, что в целом обусловливает увеличение производительности сушильной установки.

Кроме того, улучшается однородность дисперсного состава высохшего материала, полученная продукция не содержит посторонних включений (инертные тела) за счет обработки выходящего из сушилки теплоносителя.

Экспериментальная проверка проводилась (по аналогии с прототипом) при сушке лизина. По сравнению с прототипом при равных габаритных размерах производительность предлагаемой сушилки больше на 35…38% (в зависимости от начальной влажности продукта) за счет:

- существенного увеличения (до 30…35%) количества носимых инертных тел в рабочей зоне установки и связанного с этим увеличения эффективной площади тепло- и массообмена аппарата;

- увеличение расхода теплоносителя без опасности массового выноса инертных тел из аппарата при использовании циклонного эффекта обработки отработанного теплоносителя;

- использования циклонного эффекта воздействия на отходящий теплоноситель с целью возврата крупных или высоковлажных частиц вновь в слой для дополнительной обработки (измельчение и досушка).

Как показано на Фиг. 5, включение в работу установки для сушки центробежного классификатора позволяет активно воздействовать на дисперсный состав целевого продукта. Так, при отсутствии вращения центробежного классификатора генеральный размер высушенного материала равен 328 мкм (А), а при работе центробежного классификатора (Б) - 247 мкм (Б). В высушенном продукте увеличилась доля мелкодисперсной фазы и уменьшилось конечное влагосодержание в процессе сушки (режим А - 6.34%, режим Б - 4.15%).

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

- более полное использование рабочего объема сушильной камеры при существенном увеличении эффективной площади тепломассообмена (до 40%);

- более активный гидродинамический режим без риска выноса из аппарата инертных тел;

- повышение производительности аппарата на 35…40%;

- появляется возможность обработки отходящего теплоносителя с целевым продуктом для регулирования таких показателей, как дисперсный состав и уменьшение неоднородности по влагосодержанию готового продукта;

- увеличение степени отработки теплоносителя за счет увеличенной высоты закрученного слоя инертных тел;

- эффективная защита готового продукта от загрязнения инертными телами.