Результат интеллектуальной деятельности: Многоленточная паровая сушилка

Изобретение относится к устройствам для обезвоживания дисперсных материалов и может быть использовано, в частности, для высушивания иловых осадков.

Известна многоленточная паровая сушилка с воздухом в качестве сушильного агента (Лыков М. В. Сушка в химической промышленности. М.: Химия, 1970. с. 155 - 156) [1]. Она имеет низкую тепловую эффективность и отличается громоздкостью.

Известна ленточная сушилка с паровым калорифером для подогрева воздуха, служащего сушильным агентом и используемого однократно [2]. Данная сушилка имеет низкую удельную производительность по высушиваемому материалу, отнесенную к 1 м³ объема камеры.

Удельный расход тепла в сушилках [1] и (Фролов В. Ф. Лекции по курсу «Процессы и аппараты химической технологии». СПб.: Химиздат, 2003. с. 591) [2] высокий и составляет от 5000 до 7550 кДж/кг испаренной влаги.

Значительно большую тепловую эффективность имеет устройство для сушки иловых осадков (Патент RU № 2446371 С2. МПК F 26В 17/02, опубл. 27.03.2012, бюл. №9) [3]. Наличие автономных блоков сушки-подогрева сушильного агента - воздуха в устройстве [3] позволяет повысить экономичность использования тепла в процессе сушки и снизить время сушки. Недостатком устройства [3] является его конструктивная сложность, трудность регулирования процесса высушивания влажного материала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является термодинамическая сушильная камера, содержащая корпус, загрузочное и разгрузочное устройства, трубопроводы подвода и отвода пара, расположенные в корпусе замкнутые горизонтальные ленточные транспортеры и паровые трубчатые регистры, которые одной своей стороной соединены перетоками с трубопроводом подвода пара (Патент RU № 2247909 С1. МПК F 26В 17/04, опубл. 10.03.2005, бюл. №7) [4] - прототип. В известном устройстве паровые трубчатые регистры размещены над слоями высушиваемого материала на лентах транспортеров, что дает возможность передавать тепло от стенки регистров материалу конвекцией и излучением. Использование двойного механизма передачи тепла способствует интенсификации процесса сушки. Недостатком является отсутствие организованной и активной циркуляции сушильного агента внутри корпуса. В устройстве [4], как и в аппаратах [1, 2, 3], сушильным агентом является воздух и это может привести к развитию окислительных процессов в высушиваемом материале и к повышенной пожароопасности устройства.

Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в необходимости повышения эффективности процесса сушки и уменьшении затрат тепла на осуществление процесса.

Поставленная проблема решается тем, что многоленточная паровая сушилка, содержащая корпус, загрузочное и разгрузочное устройства, трубопроводы подвода и отвода пара, расположенные в корпусе замкнутые горизонтальные ленточные транспортеры и паровые трубчатые регистры, которые одной своей стороной соединены перетоками с трубопроводом подвода пара, дополнительно имеет установленные на перетоках паровые эжекторы, каждый паровой трубчатый регистр с другой своей стороны соединен с конденсатоотводчиком и воздушным клапаном, трубопровод отвода пара соединен с внутренним пространством корпуса перетоками, на которых установлены запорно-регулирующие устройства и фильтры, и имеет перетоки с запорно-регулирующими устройствами, соединяющие его с паровыми эжекторами, а также оснащен конденсатоотводчиком, запорно-регулирующим устройством и обратным клапаном, на стенке корпуса имеются циркуляционные каналы с размещенными внутри вентиляторами, на корпусе размещен прерыватель вакуума, на внутренних поверхностях боковых стенок корпуса шарнирно закреплены уплотняющие заслонки.

В отличие от известного устройства, наличие паровых эжекторов, установленных на перетоках, соединяющих трубопровод подвода пара с паровыми трубчатыми регистрами, и перетоков с запорно-регулирующими устройствами, соединяющих паровые эжекторы с трубопроводом отвода пара, который соединен с внутренним пространством корпуса перетоками оборудованными запорно-регулирующими устройствами и фильтрами, дает возможность использовать в качестве сушильного агента пар, образующийся при испарении влаги из высушиваемого материала. Сжатие этого пара в паровых эжекторах и последующее использование сжатого пара в качестве греющего теплоносителя в паровых трубчатых регистрах позволяет перегревать сушильный агент по отношению к температуре насыщения при давлении во внутреннем пространстве корпуса. Перегретый водяной пар как сушильный агент более эффективен чем воздух и он имеет лучшие тепло- и массообменные характеристики.

Наличие на стенке корпуса циркуляционных каналов с размещенными внутри вентиляторами и шарнирно закрепленных на внутренних поверхностях боковых стенок корпуса уплотняющих заслонок обеспечивает организованное и активное обтекание сушильным агентом поверхности слоев высушиваемого материала на горизонтальных ленточных транспортерах и тем самым интенсифицирует процесс сушки, уменьшая ее время.

Заявляемое устройство имеет значительно более высокую энергетическую эффективность по отношению к известному прототипу, так как в заявляемом устройстве осуществляется внутреннее использование теплоты конденсации выходящего из корпуса сушильного агента.

Оснащение трубопровода отвода пара запорно-регулирующим устройством, обратным клапаном и конденсатоотводчиком, а также размещение на корпусе прерывателя вакуума имеет функциональное назначение и обеспечивает надежность работы сушилки.

Таким образом, отличительные признаки изобретения позволяют решить поставленную проблему.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».

В известных устройствах [1, 2, 4] отсутствует внутреннее использование теплоты конденсации пара, образующегося при испарении влаги из высушиваемого материала, а в известном устройстве [3] предусмотрено лишь частичное внутреннее использование данной теплоты.

Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения «существенные отличия».

Технический результат заключается в увеличении энергоэффективности и интенсивности обезвоживания дисперсных материалов в сушильном устройстве.

На фигуре представлена схема конструктивного исполнения заявляемого устройства.

Многоленточная паровая сушилка содержит корпус 1, внутри которого расположены замкнутые горизонтальные ленточные транспортеры 2 и паровые трубчатые регистры 3. К корпусу 1 примыкают загрузочное 4 и разгрузочное 5 устройства. Паровые трубчатые регистры 3 одной своей стороной соединены перетоками 6 с трубопроводом 7 подвода пара, а с другой стороны соединены с конденсатоотводчиками 8 и воздушными клапанами 9. На перетоках 6 установлены паровые эжекторы 10, которые соединены перетоками 11, имеющими запорно-регулирующие устройства 12, с трубопроводом 13 отвода пара. Последний соединен перетоками 14, оборудованными запорно-регулирующими устройствами 15 и фильтрами 16, с внутренним пространством корпуса 1 и оснащен конденсатоотводчиком 17, запорно-регулирующим устройством 18 и обратным клапаном 19. На корпусе 1 размещен прерыватель вакуума 20. На боковой стенке корпуса 1 имеются циркуляционные каналы 21 с размещенными внутри вентиляторами 22. На внутренней стороне боковых стенок корпуса 1 шарнирно закреплены уплотняющие заслонки 23.

Многоленточная паровая сушилка работает следующим образом. Влажный материал поступает в корпус 1 с помощью загрузочного устройства 4, которое одновременно с подачей материала герметизирует внутреннее пространство корпуса 1 от окружающей атмосферы. Поступивший материал распределяется по всей ширине движущейся ленты верхнего транспортера 2 и образует на ней непрерывный слой, обогреваемый теплом, передаваемым радиацией от выше расположенного парового трубчатого регистра 3, и теплом, передаваемым конвекцией от сушильного агента, циркулирующего в корпусе 1 с помощью вентиляторов 22. Пересыпаясь сверху вниз (по направлению круговых стрелок на фигуре) с одной ленты на другую, движущуюся встречно, ленту транспортеров 2, материал в состоянии перемещаемого плотного слоя нагревается и высушивается. С ленты нижнего транспортера 2 сухой материал поступает в разгрузочное устройство 5 и выводится из корпуса 1. Разгрузочное устройство 5 выполняет также функцию герметизации внутреннего пространства корпуса 1, которое заполнено паром испарившейся из высушиваемого материала влаги. Данный пар, являясь сушильным агентом, обтекая паровые трубчатые регистры и воспринимая от них тепло, перегревается относительно температуры насыщения. Перегретый водяной пар по сравнению с воздухом имеет более высокие теплоемкость и коэффициенты тепло- и массопереноса, что способствует интенсификации процесса сушки. Пар выводится из корпуса 1 по перетокам 14, имеющим запорно-регулирующие устройства 15 и фильтры 16 для отделения от потока пара уноса мелкодисперсных твердых частиц высушиваемого материала, в трубопровод 13 отвода пара. Из трубопровода 13 отвода пара по перетокам 11 пар поступает на входы паровых эжекторов 10. Туда же из трубопровода 7 подвода пара подается первичный пар высокого давления, который поступает от внешнего источника. Образующаяся в эжекторах 10 паровая смесь из двух поступающих потоков с повышенным по отношению к атмосферному давлением переходит по перетокам 6 в паровые трубчатые регистры 3. Отдавая тепло через стенку паровых трубчатых регистров 3 сушильному агенту, паровая смесь конденсируется. Конденсат выводится через конденсатоотводчики 8, а выделяющийся при конденсации воздух выводится через воздушные клапаны 9.

С помощью циркуляционных каналов 21 с размещенными внутри вентиляторами 22 и уплотняющих заслонок 23 формируются замкнутые контуры циркуляции сушильного агента внутри корпуса 1, обеспечивается активное его движение возле паровых трубчатых регистров 3 и слоев высушиваемого материала на лентах транспортеров 2.

С помощью запорно-регулирующих устройств 12, 15 и 18 осуществляется управление работой сушилки и поддержание необходимого распределения температур во внутреннем пространстве корпуса 1. По мере образования в перетоках 14 и трубопроводе 13 отвода пара конденсата, он выводится через конденсатоотводчик 17, расположенный в нижней части трубопровода 13 отвода пара. Для недопущения поступления воздуха из атмосферы в паровую систему сушилки служит обратный клапан 19. Для того чтобы исключить образование вакуума в корпусе 1 при остановке работы сушилки служит автоматически действующий прерыватель вакуума 20.

Пример выполнения предлагаемой многоленточной паровой сушилки. В многоленточной паровой сушилке осуществлялось высушивание иловых осадков с начальным влагосодержанием 340% до остаточного влагосодержания 40%. Давление в корпусе сушилки было равно атмосферному. В паровых трубчатых регистрах абсолютное давление поступающего от паровых эжекторов пара составляет 0,48 МПа. Согласно расчетам, удельный расход тепла, включающий в себя затраты на нагрев исходных влажных иловых осадков, испарение влаги, перегрев образующегося пара до температуры 120°С, потери с конденсатом, выводимым из паровых трубчатых регистров, и потери через стенки корпуса в окружающую среду, составило 4100 кДж/кг испаренной влаги. Ввод тепла для покрытия затрат осуществляли за счет конденсации смеси эжектируемого пара и эжектирующего первичного пара высокого давления при температуре 150°С в паровых трубчатых регистрах. Доля первичного пара высокого давления в смеси составила 0,41 кг/кг смеси. По отношению к известным воздушным сушилкам с паровыми калориферами и однократным использованием сушильного агента - воздуха (без рециркуляции) удельный расход (кг/кг испаренной влаги) греющего первичного пара высокого давления в предлагаемой многоленточной паровой сушилке меньше в 2,43 раза.

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:

- повышенная интенсивность процессов тепло- и массообмена при высушивании материала;

- высокая энергетическая эффективность;

- легкость управления и возможность создавать равномерное или, при необходимости, неравномерное распределение температуры сушильного агента в корпусе сушилки за счет регулирования давления паровой смеси в отдельных паровых трубчатых регистрах;

- высушиваемый материал не подвергается окислению в процессе сушки;

- устройство пожаробезопасно.