ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ БАРАБАННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области тенломассообменных нроцессов, в частности к констрзкции тепломассообменного аппарата с вращающимся проходным барабаном с жестко соединенными внутренними устройствами, предназначенного для обработки сыпучих материалов в пищевой промышленности (крупы, зерно, сахар, овощи, ягоды и др.), химической (пороппси для магнитов, хромовые, фтористые, титановые и другие соединения), горнорудной и других отраслях промышленности.
Известны тепломассообменные барабанные аппараты, вращающиеся проходные барабаны которых содержат в зонах качественных преобразований перерабатываемого материала внутренние насадки различных типов: периферийную подъемно-лопастную, распределительную (или перевалочйу46)
открытыми или закрытыми ячейками, секторную, самоочищающуюся с прямыми поворотными лопатками 1-4. Эти насадки пересыпают перерабатываемый материал с целью улз шения его контакта с жидким (газообразным) агентом или усиления воздействия температурного (или другого) поля и интенсификации таким способом осзодествляемого технологического процесса.
fb
Недостатком таких тепломассообменных барабанных аппаратов для переработки сыпучих материалов являются флюктуации скорости движения отдельных порций перерабатываемого материала вдоль оси барабана в одних и тех же зонах качественных преобразований, т.е. непостоянство времени пребывания и контакта этих порций в данных зонах с жидким (газообразным) агентом или непостоянство времени воздействия температурного (или иного) поля. Следствием этого является нестабильность свойств, качества материала на выходе барабана.
Известен также тепломассообменный барабанный аппарат, вращающийся проходной барабан которого имеет периферийную винтовую распределительную насадку 5, которая в целом уменьщает флюктуации скорости движения отдельных порций перерабатываемого материала вдоль оси барабана. Но уменьшение это недостаточно из-за возможного проскальзывания частиц материала по поверхности винтовой насадки, т.е. вдоль нее. Следствием этого также может быть нестабильность свойств материала на выходе аппарата.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели и поэтому выбранным в качестве гфототипа является тепломассообменный барабанный аппарат, вращающийся проходной барабан которого имеет посадку - подпорное устройство в виде сшюпшого кольца, устанавливаемого у разгрз очного конца барабана с целью поддержания определенной степени заполнения барабана материалом 6. Так как материал пересыпается через кольцо, то ширина кольца равна в этом случае толщине слоя материала в барабане.
Недостатком этой известной конструкции является нестабильность времени нребывания материала в зоне перед насадкой и колебания качества материала по этой причине на выходе из этой зоны, если в ней происходят качественные преобразования материала. В этом мы убедились, проводя исследования на опытной установке при пол)ении ферромагнитных порошков для эластичных магнитов. Сплопшое кольцо было установлено в средней, реакционной зоне (зоне качественных преобразований перерабатываемого материала) высокотемпературного тепломассообменного барабанного аппарата с целью увеличения времени пребывания материала в этой зоне. Результат был отрицательный: время пребывания материала в зоне увеличилось, но только среднее, так как отдельные порции материала быстро проскакивали поверх основного слоя, находясь поэтому в реакционной зоне минимальное время, другие же порции попадали в нижнюю часть основного слоя и задерживались там на неопределенное число .оборотов барабана, находясь поэтому в реакционной зоне (зоне качественного преобразования перерабатываемого материала) значительно дольше необходимого; следствием этого был увеличивавшийся разброс показателей качества получаемого ферромагнитного порошка. Поэтому от описанного решения пришлось отказаться, сделав барабан гладким, без такой насадки.
Предлагаемая полезная модель направлена на повышение стабильности качества продукции на выходе барабана и уменьшение его габаритов. барабане, в зоне качественных нреобразований перерабатываемого материала
установлена жестко закрепленная на внутренней поверхности барабана насадка в виде кольца, плоскость которого перпендикулярна продольной оси барабана; наружный диаметр кольца равен внутреннему диаметру обечайки барабана, кольцо имеет пшрину (т.е. разность между наружным и внутренним радиусами), превышающую толщину слоя перерабатываемого в барабане материала, и выполнено незамкнутым с вырезом в виде усеченного сектора на всю его ширину для прохода материала.
Минимальная величина угла а между радиальными сторонами секторного выреза кольца зависит, во-первых, от размера зерен или кусков перерабатываемого материала и, во-вторых, от производительности барабанного аппарата; выбирается наибольщая из определенных по вышеуказанным критериям. В зависимости от размера зерен минимальный вырез может быть определен с учетом известного в теории грохочения соотношения максимального размера зерна или куска d и ширины ячейки / сита: если d// 0,1, то вероятность прохождения зерен ,81; с ростом этого отношения вероятность уменьшается. Производительность же барабанного аппарата так учитывается при определении величины выреза: он должен пропускать количество материала, равное заданной производительности барабанного аппарата.
Максимальная величина угла а секторного выреза для прохода материала выбирается с учетом осуществляемого технологического процесса, т.е. необходимого времени пребывания в данной зоне барабана: для увеличения времени пребывания материала величину угла сплощной части кольца нужно
д
-4увеличиватъ, a величину угла a секторного выреза - уменьшать, но не менее необходимой для пронуска заданного нроизводительностью количества материала; для уменьшения времени пребывания величину угла а нужно увеличить.
Так как одно незамкнутое кольцо может увеличить продолжительность пребывания материала в барабане на время его одного оборота за вычетом времени поворота на угол а, то при необходимости большего увеличения времени пребывания материала таких незамкнутых колец может быть несколько.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый тепломассообменный барабанный аппарат для переработки сып5Д1их материалов отличается тем, что кольцо внутренней насадки барабана не замкнуто, те. имеет секторный вырез, установлено в зоне качественных преобразований  материала, ширина кольца превышает толщину слоя перерабатываемого материала в барабане и таких колец может, быть несколько.
В настояш;ее время по научно-технической и патентной литературе не известен тепломассообменный барабанный аппарат для переработки сыпучих материалов с заявляемой совокупностью признаков.
На фиг. 1 представлен общий вид тепломассообменного аппарата с местным разрезом; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - местный разрез общего вида на фиг. 1 после поворота барабана на угол, необходимый для входа секторного выреза одного из колец в слой материала.
Тепломассообменный аппарат (фиг.1) содержит барабан 1, кольца 2 (каждое кольцо имеет секторный вырез 3, фиг.2), загрузочный патрубок 4, бандажи 5, шестерни 6 и 7, патрубок подвода горячего воздуха 8, выгрузочный патрубок 9, ролики 10, привод 11, патрубок для отвода отходящих газов 12. Крепление привода осуществляется на общей раме (на схеме не показана) с опорными роликами барабана. Ось барабана имеет уклон в сторону выхода готового материала.
Тепломассообменный аппарат работает следующим образом. С помощью привода 11 и щестерни 6,7 барабан приводится во вращение вокрзт своей продольной оси за счет качения его бандажей 5 по роликам 10. Через патрубок 8 подается горячий воздух. Подлежащий переработке  материалов через патрубок 4 загружается в барабан. Общая скорость движения материала в барабане устанавливается выбором частоты его вращения и наклоном опорной рамы, осуществляемым с помощью домкратов.
В зоне необходимого замедления движения материала он встречает кольцо и накапливается перед ним слоем, сечение которого плоскостью, перпендикулярной продольной оси барабана, представляет собой сегмент, а сечение плоскостью, проходящей через продольную ось барабана, - прямоугольный треугольник, малый катет которого образован кольцом, а больщой проходит вдоль обечайки барабана. При подходе слоя к вырезу 3 в кольце 2 часть слоя, подпиравшаяся кольцом, выходя из зоны его действия, обрушивается и сечение слоя плоскостью, проходящей через продольную ось барабана, принимает форму неправильного треугольника. Верхняя меньшая сто /я SL -6рона его, обращенная в сторону нижнего конца барабана, определяется динамическим углом естественного откоса перерабатываемого сыпучего материала. Верхняя большая сторона, обращенная в сторону верхнего конца барабана (бывшая гинотенз а прямоугольного треугольника), уменьшается за счет обрушения части слоя. Больший катет бывшего прямоугольного треугольника превращается в нижнюю сторону неправильного трезтольника, идущую вдоль образующей обечайки барабана и за счет обрушения увеличивающуюся примерно на такую же величину, на какую 5т 1еньшш1ась бывшая гипотенуза прямозтольного треугольника.
После обрушения подпиравшегося кольцом слоя материала движение его в вырезе кольца подчиняется законам, действующим в наклонных вращающихся проходных барабанах без насадок, при этом слой смещается в сторону нижнего конца барабана.
При подходе другой кромки выреза в кольце ею от слоя отсекается его часть, успевшая за время движения в разрезе сместиться в сторону нижнего конца барабана через мнимую линию, соединяющую кромки разреза кольца. Чем меньше длина выреза вдоль окружности барабана, тем меньшая часть слоя успеет пройти через эту мнимую линию.
За один оборот барабана через вырез пройдет ко.личество материала, равное сзтмме количеств материала:
а)обрушившегося при подходе начала выреза;
Часть слоя, оставшаяся «выше кольца (по «течению материала) после отсечения кромкой выреза, будет задержана кольцом еще на один оборот барабана; при следующем подходе выреза к слою картина повторяется. При каждом обороте барабана из слоя материала будет вырезаться полоска, ширина которой прямопропорциональна длине выреза. При этом нет никаких проскоков материала через кольцо, так как его ширина больше толщины слоя, а в слое перед кольцом возможно круговое движение порций только в плоскости, перпендикулярной оси барабана, и исключено движение в плоскости параллельной оси барабана.
Пройдя весь барабан, материал выходит через выгрузочный патрубок 9.
Использование насадки в виде незамкнутого кольца с вырезом в виде усеченного сектора, причем ширина кольца больше толщины перерабатываемого материла, и установление этого кольца в зоне существенвпьос качественных преобразований материала в барабане позволяет, не меняя другие параметры конструкции барабана и режима его работы (длину, диаметр, угол наклона, частоту вращения, состояние внутренней поверхности обечайки), увеличить и стабилизировать время пребывания материала в соответствующей зоне и в барабане в целом и повысить за счет этого стабильность качества продукции или снизить параметры режима его работы, или, сохраняя прежнее время пребывания материала в барабане, уменьшить габариты барабана, т.к. лиьсвидируются неорганизованные проскоки материала по длрше барабана со скоростью, превышающей скорость движения основной массы материала.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1.Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств. Под ред. В.П. Стабпикова. -Киев: Высшая школа, 1982, с. 106.
2.Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию /Под ред. Ю.И. Дытнерского - М.: Химия, 1983, с. 165.
3.Першин В.Ф. Машины барабанного типа: основы теории, расчета и конструирования. - Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1990, с. 104.
4.Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию /Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1991, с. 299.
5.СажинБ.С. Основы техники сушки.. -М.: Химия, 1984, с.144.
6.Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. В 2 ч М.: Химия Часть 2: Теоретические основы процессов химической технологии. - 1995, с. 263 (прототип).
-цФОРМУЛА