Результат интеллектуальной деятельности: Ленточная сушилка

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

Известна ленточная сушилка с паровым калорифером для нагрева воздуха, служащего сушильным агентом (Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. М.: Химия, 1970. с. 155 - 156) [1]. Она имеет низкую тепловую эффективность, малую интенсивность процесса сушки и отличается громоздкостью.

Известна ленточная сушилка с паровым калорифером для подогрева воздуха, служащего сушильным агентом и используемого однократно (Фролов В.Ф. Лекции по курсу «Процессы и аппараты химической технологии». СПб.: ХимИздат, 2003. с. 591) [2]. Данная сушилка имеет невысокую удельную производительность по высушиваемому материалу, отнесенную к 1 м³ объема камеры.

Удельный расход тепла в сушилках [1, 2] значителен и составляет от 5000 до 7550 кДж/кг испаренной влаги.

Более высокую тепловую эффективность имеет устройство для сушки иловых остатков [2]. Наличие автономных блоков сушки и подогрева сушильного агента - воздуха в устройстве [2] позволяет повысить экономичность использования тепла, поступающего от внешнего источника. Недостатком устройства [2] является его конструктивная сложность, трудность регулирования процесса высушивания влажного материала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является сушильная камера, содержащая корпус, загрузочное и разгрузочное устройства, расположенные в корпусе замкнутые горизонтальные ленточные транспортеры и паровые трубчатые нагреватели, присоединенные с одного конца к трубопроводу подвода пара (Патент RU № 2446371 С2, МПК F 26В 17/02, опубл. 27.03.2012, бюл. №9) [3] - прототип. В известном устройстве паровые трубчатые нагреватели размещены над слоями высушиваемого материала на лентах транспортеров, что дает возможность передавать тепло от стенки нагревателей материалу как конвекцией, так и излучением. Использование двойного механизма передачи тепла даст принципиальную возможность интенсификации процесса сушки. Недостатком является отсутствие организованной активной циркуляции сушильного агента внутри корпуса. В устройстве [3], как и в аппаратах [1, 2], сушильным агентом является воздух. Так как воздух содержит свободный кислород, то это может привести к развитию окислительных процессов в высушиваемом материале, содержащем органические компоненты, и к повышенной пожароопасности устройства.

Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в необходимости повышения энергетической эффективности за счет интенсификации процесса сушки в устройстве.

Поставленная проблема решается оригинальной конструкцией ленточной сушилки, включающей корпус, загрузочное и разгрузочное устройства, расположенные в корпусе замкнутые горизонтальные ленточные транспортеры и паровые трубчатые нагреватели, присоединенные с одного конца к трубопроводу подвода пара, а с другого конца - к конденсатоотводчикам и воздушным клапанам. В корпусе установлены дополнительные нагреватели для подачи в них теплоносителя от внешнего источника. Трубопровод подвода пара соединен своими концами через верхний и нижний перетоки с внутренним пространством корпуса и оборудован конденсатоотводчиком. В рассечку трубопровода подвода пара установлен нагнетатель, в рассечку верхнего перетока установлен фильтр, а в рассечку нижнего перетока установлен эжектор, один из входов которого соединен с верхним перетоком. На корпусе установлены прерыватель вакуума и устройство для выпуска воздуха и паровоздушной смеси.

В отличие от известного устройства, конструкционные особенности предлагаемой ленточной сушилки (присоединение паровых трубчатых нагревателей с другого их конца к конденсатоотводчикам и воздушным клапанам; наличие в корпусе дополнительных нагревателей для подачи в них теплоносителя от внешнего источника, соединение трубопровода подвода пара через верхний и нижний перетоки с внутренним пространством корпуса и оборудование его конденсатоотводчиком; установка в рассечку трубопровода подвода пара нагнетателя, в рассечку верхнего перетока - фильтра, в рассечку нижнего перетока - эжектора, один из входов которого соединен с верхним перетоком) позволяют снизить потребление тепла от внешнего источника и использовать в качестве сушильного агента пар, образующийся при удалении влаги из материала. Внешним источником тепла, которое поступает в дополнительные нагреватели, могут являться вторичные энергетические ресурсы расположенных рядом теплотехнологических установок, например, отходящие дымовые газы. Основная часть тепла, необходимого для высушивания материала, подводится через паровые трубчатые нагреватели, в которых осуществляется конденсация сушильного агента, сжатого нагнетателем до высокого давления. В результате, за счет внутреннего использования теплоты конденсации сжатого пара увеличивается энергетическая эффективность устройства. Находящийся внутри корпуса сушильный агент, получая тепло от нагревателей, находится в перегретом состоянии, то есть его температура выше температуры насыщения пара при его давлении в корпусе. С помощью эжектора осуществляется организованная активная циркуляция сушильного агента и его движения вдоль поверхности слоев высушиваемого материала на лентах транспортеров. Этим обеспечивается значительно более высокая интенсивность теплообменных процессов при сушке по отношению к известному устройству с воздухом в качестве сушильного агента.

Наличие на корпусе прерывателя вакуума и устройства для выпуска воздуха и паровоздушной смеси обеспечивает надежность и безопасность работы сушилки.

Таким образом, отличительные признаки изобретения позволяют решить поставленную проблему повышения энергетической эффективности и интенсификации процесса сушки.

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

В известных устройствах [1, 3] тепло пара, образующегося из испаряющейся влаги высушиваемого материала, не используется внутри сушилки. В известном устройстве [2] использование этого тепла лишь частичное.

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

Технический результат изобретения заключается в повышении энергетической эффективности и интенсификации процесса сушки.

На фиг. приведена схема конструктивного исполнения заявляемого устройства.

Ленточная сушилка включает корпус 1, внутри которого расположены замкнутые горизонтальные ленточные транспортеры 2, паровые трубчатые нагреватели 3 и дополнительные нагреватели 4. К корпусу 1 примыкает загрузочное 5 и разгрузочное 6 устройства. Паровые трубчатые нагреватели 3 присоединены с одного конца к трубопроводу 7 подвода пара, а с другого конца - к конденсатоотводчикам 8 и воздушным клапанам 9. Трубопровод 7 подвода пара соединен своими концами через верхний 10 и нижний 11 перетоки с внутренним пространством корпуса 1 и оборудован конденсатоотводчиком 12 для дренирования внешних ветвей контура циркуляции пара. В рассечку трубопровода 7 подвода пара установлен нагнетатель 13. В рассечку верхнего перетока 10 установлен фильтр 14, а в рассечку нижнего перетока 11 установлен эжектор 15, один из входов которого соединен трубопроводом 16 с верхним перетоком 10. На корпусе 1 установлены прерыватель вакуума 17 и устройство 18 для выпуска воздуха и паровоздушной смеси. На внутренней поверхности стенок корпуса 1 шарнирно закреплены заслонки 19, служащие для создания зигзагообразного циркуляционного движения сушильного агента внутри корпуса 1.

Ленточная сушилка работает следующим образом. Влажный материал поступает в корпус 1 через загрузочное устройство 5 и распределяется по всей ширине верхней части движущейся замкнутой ленты горизонтального транспортера 2, образуя на ленте слой частиц. Далее влажный материал пересыпается с одного замкнутого горизонтального ленточного транспортера 2 на другой, последовательно сверху вниз, перемещаясь на лентах транспортеров зигзагообразно во встречных горизонтальных направлениях. Получая тепло от дополнительных нагревателей 4 и паровых трубчатых нагревателей 3, а также конвекцией от циркулирующего в корпусе перегретого сушильного агента - пара, исходный влажный материал высушивается и в сухом виде выводится из корпуса 1 с помощью разгрузочного устройства 6. Теплоносителем, подаваемым от внешнего источника в дополнительные нагреватели 4, может быть, например, дымовой газ, а в паровых трубчатых нагревателях 3 теплоносителем является сжатый в нагнетателе 13 до высокого давления пар. Данный пар образуется из влаги исходного влажного материала при его высушивании во время нахождения на замкнутых горизонтальных ленточных транспортерах 2. Этот пар под атмосферным давлением из корпуса 1 по верхнему перетоку 10 поступает в фильтр 14, где освобождается от уноса мелкодисперсных твердых частиц, направляется в нагнетатель 13, в качестве которого может служить, например, винтовой компрессор, сжимается и по трубопроводу 7 подвода пара направляется в паровые трубчатые нагреватели 3 и частично на вход эжектора 15, установленного в рассечку нижнего перетока 11. Поступающие в эжектор 15 потоки пара высокого давления из трубопровода 7 подвода пара и низкого давления из трубопровода 16 смешиваются и смесь с небольшим избыточным по отношению к атмосферному давлением поступает по нижнему перетоку 11 в корпус 1. Таким образом, образуется два контура циркуляции сушильного агента - пара с внешними ветвями, проходящими через нагнетатель 13 и через эжектор 15, и одной общей внутренней ветвью, проходящей зигзагообразно в корпусе 1 между замкнутыми горизонтальными ленточными транспортерами 2. Та часть сжатого нагнетателем 13 пара, которая поступает в паровые трубчатые нагреватели 3, передавая тепло через стенку нагревателей сушильному агенту и влажному материалу, конденсируется. Конденсат выводится из паровых трубчатых нагревателей 3 с помощью конденсатоотводчиков 8, а выделяющийся при конденсации пара воздух выводится с помощью автоматически действующих воздушных клапанов 9.

Устройство для выпуска воздуха и паровоздушной смеси 18 включается в работу преимущественно при запуске сушилки, когда нужно удалить из корпуса 1 заполняющий его воздух. Прерыватель вакуума 17 автоматически включается для пропуска воздуха в корпус 1, когда при остановке сушилки и конденсации сушильного агента давление в корпусе 1 может упасть ниже атмосферного.

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:

- высокая интенсивность процессов тепло- и массопереноса при использовании в качестве сушильного агента перегретого пара и, как следствие, меньшее время сушки по отношению к случаю, когда сушильным агентом является воздух;

- организованная активная циркуляция сушильного агента в сушильной камере, что способствует активизации сушки влажного материала;

- возможность использования для работы сушилки вторичных энергетических ресурсов и, в частности, сбросных дымовых газов;

- трансформация тепла отработавшего сушильного агента путем его сжатия с последующим использованием в качестве теплоносителя в паровых трубчатых нагревателях обеспечивает большой энергосберегающий эффект;

- возможность регулирования температуры сушильного агента в корпусе сушилки путем изменения давления пара, подаваемого в паровые трубчатые нагреватели.

Пример выполнения сушки в предлагаемой ленточной сушилке. В ленточной сушилке по предложенному изобретению осуществлялось высушивание иловых осадков с начальным влагосодержанием 340 % до остаточного влагосодержания 40 %. Давление в корпусе сушилки равно атмосферному. Абсолютное давление сжатого нагнетателем пара в трубчатых нагревателях 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 нагревателей, и потери через стенки корпуса в окружающую среду, составлял 3800,8 кДж/кг испаренной влаги. Данный расход тепла обеспечивался подводом тепла от внешнего источника (например, с дымовыми газами) в дополнительные нагреватели в количестве 1686,8 кДж/кг испаренной влаги, а также теплотой конденсации сжатого пара при температуре 150°С в паровых трубчатых нагревателях в количестве 2114 кДж/кг испаренной влаги. На сжатие пара нагнетателем расходовалась энергия (работа электропривода) в количестве 627 кДж/кг испаренной влаги.

Таким образом, общий удельный расход энергии, подводимой извне к ленточной сушилке, составлял 1686,8 + 627 = 2313,8 кДж/кг испаренной влаги, что значительно ниже аналогичной величины (5000 ÷ 7550 кДж/кг испаренной влаги) для известных сушилок.