УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУШКИ ПОРОШКОВЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Предлагаемая полезная модель предназначена для сушки порошковых углеродных материалов, представляющих собой продукты переработки углеводородного, каменноугольного, органического сырья, в том числе прошедшие предварительную гидромеханическую классификацию для обеспечения заданного фракционного состава и последующего использования в качестве сорбентов, наполнителей, носителей катализаторов.
Известна установка для сушки влажной гранулированной сажи, состоящая из камеры наружного обогрева и вращающегося в ней барабана (В.И.Ивановский. Технический углерод. Процессы и аппараты: Учебное пособие. - Омск: ОАО «Техуглерод», 2004). Барабан оборудован устройствами ввода и вывода гранул сажи и патрубками подачи теплоносителя внутрь барабана и удаления паров влаги из полости барабана. Теплоносителем являются продукты полного сгорания природного газа, которые получают в специальных малогабаритных топках и подают тангенциально поверхности барабан в направлении его вращения. Часть дымовых газов подается внутрь барабана для удаления паров влаги и затем направляется в систему доулавливания.
К недостаткам этой установки следует отнести большую материалоемкость, значительные габариты, большую инерционность процесса, унос материала до 2-4%, загрязнение окружающей среды и поверхности высушиваемого материала продуктами горения, низкий КПД процесса, при этом расход энергии составляет 1,4-1,5 квт.час на 1 кг высушиваемого материала.
Известно также применение электрических печей прямого действия для термического нагрева материала, который включается непосредственно в электрическую цепь и нагревается при прохождении через него электрического тока. (А.Н.Плановский, П.И.Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М: Химия, 1972, стр.172). Часто печь прямого действия представляет собой аппарат, корпус которого является одним из электродов; другой электрод размещают в аппарате. Между электродами помещают жидкие или расплавленные нагреваемые материалы.
К недостаткам таких печей относятся загрязнение обрабатываемого материала продуктами футеровки и эмиссией электродов, подвод тока через скользящие контакты.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является аппарат для извлечения летучих составляющих из каменноугольного топлива (патент США №2710280, прототип). Техническое решение по прототипу представляет собой барабан, футерованный внутри огнеупорным материалом, вращающийся вокруг горизонтальной оси, и включает в себя секцию предварительного нагрева и секцию окончательного нагрева топлива до 1500°С. В секции предварительного нагрева имеются две диафрагмы, между которыми расположены электроды, проходящие через обечайку барабана и к которым посредством скользящих контактов подводится электрический ток. В секции окончательного нагрева, которая имеет больший диаметр, электроды расположены на противоположных сторонах камеры. Аппарат по прототипу обеспечивает высокотемпературную обработку материала, однако особенности конструкции не позволяют производить в нем сушку влажных дисперсных материалов в связи с загрязнением их футеровкой.
Задачей предлагаемой полезной модели является предотвращение загрязнения высушиваемого материала, снижение уноса частиц парами воды и снижение энергозатрат на сушку.
Технический результат, получаемый при реализации полезной модели, заключается в получении сухого материала, не загрязненного посторонними частицами (футеровкой и материалом электродов), минимальный унос частиц высушиваемого материала с парами воды.
Предлагаемое устройство для сушки порошковых углеродных материалов включает барабан, вращающийся вокруг горизонтальной оси, узлы загрузки и выгрузки материала, электроды и устройства подвода электроэнергии к ним. Барабан содержит раму с укрепленными на ней торцевыми стенками, трубами для прокладки электрокабелей и диафрагмой, разделяющей барабан на две зоны, при этом неподвижно установленные внутри барабана нулевые электроды расположены на торцевых стенках из электроизоляционного материала, фазовые электроды расположены на диафрагме и покрыты слоем пироуглерода со стороны, соприкасающейся с высушиваемым материалом, а корпус барабана изнутри покрыт электроизолятором, например, эмалью. Кроме того, барабан дополнительно содержит укрепленные на раме вытяжные короба, расположенные над поверхностями испарения.
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что барабан внутри покрыт электроизолятором, например, эмалью; электроды для подвода электрического тока неподвижно закреплены на несущей раме внутри барабана. Новым является также то, что для предотвращения эмиссии металла на поверхность высушиваемого материала электроды со стороны, соприкасающейся с высушиваемым материалом, покрыты слоем пироуглерода. Удаление паров влаги производится через вытяжные короба, расположенные над поверхностями испарения, что исключает движение паров вдоль барабана и унос материала.
Фиг.1 - продольный разрез устройства для сушки порошковых углеродных материалов;
Фиг.2 - сечение по А-А фиг.1;
Фиг.3 - диафрагма и сечение диафрагмы по линии Б-Б;
Фиг.4 - торцевая стенка со стороны выгрузки и сечение торцевой стенки по линии В-В;
Фиг.5 - торцевая стенка со стороны загрузки и сечение торцевой стенки по линии Г-Г.
На фиг.1 представлен продольный разрез устройства для сушки порошковых углеродных материалов. Устройство состоит из корпуса барабана 1, покрытого изнутри электроизоляционным материалом, например, эмалью 2, а снаружи слоем теплоизоляции 3. Внутри корпуса расположена рама 4 с укрепленными на ней торцевыми стенками 5, 6 и диафрагмой 7. Диафрагма 7 делит полость барабана на две зоны сушки: зону I - постоянной скорости сушки и зону II - падающей скорости сушки. На раме также крепятся два вытяжных короба для удаления паров влаги 8, 9 и трубы 10, 11 для прокладки электрокабелей 31, 32. От коробов через торцевые стенки проходят патрубки 12, 13 для соединения с системой удаления паров влаги. Рама снаружи барабана устанавливается на стойках 14, 15. Также на раме крепятся разгрузочный узел 16 и узел подачи материала 17.
На фиг.2 представлено сечение по А-А фиг.1.
На фиг.3 показано устройство диафрагмы 7 и сечение диафрагмы по линии Б-Б.
Диафрагма состоит из несущей электроизоляционной пластины 18, по обеим сторонам которой закреплены металлические электроды 19, 20, покрытые снаружи слоем пироуглерода 21. На торце диафрагмы установлено уплотнение 22.
На фиг.4 показана торцевая стенка 6 со стороны выгрузки и сечение торцевой стенки по линии В-В. Торцевая стенка 6 состоит из несущей электроизоляционной пластины 23, закрепленного на ней электрода 24, покрытого снаружи слоем пироуглерода 21, и уплотнения на торце стенки 25. В несущей пластине 23 имеются отверстия для выхода материала 26а, для несущей рамы 266, труб электрокабелей 26в и патрубка удаления влаги 26г.
На фиг.5 показана торцевая стенка со стороны загрузки 5 и сечение торцевой стенки по линии Г-Г. Торцевая стенка 5 состоит из несущей электроизоляционной пластины 27, закрепленного на ней электрода 28, покрытого снаружи слоем пироуглерода 21, и уплотнения на торце стенки 29. В несущей пластине 27 имеются отверстия для входа материала 30а, для несущей рамы 30б, труб электрокабелей 30в и патрубков удаления влаги 30г.
Реализация полезной модели.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. Высушиваемый материал через узел 17 подают внутрь вращающегося барабана 1, на электроды 19, 20, 24, 28 подают напряжение и включают системы удаления паров влаги и охлаждения электрокабелей 31, 32.
В зоне I происходит испарение 95-98% влаги, содержащейся в материале, пары которой выделяются через вытяжной короб 8. В этой зоне температура материала поддерживается на уровне 80-85°С, расход электроэнергии составляет 0,75-0,90 квт.час на 1 кг высушиваемого материала. В зоне II испаряется оставшаяся влага (3-5%), а температура материала поддерживается на уровне 130-160°С, при расходе электроэнергии 0,03-0,06 квт.час на1 кг высушиваемого материала. Пары влаги удаляют через вытяжной короб 9, а высушенный материал выгружают из устройства через узел 16.
Таким образом, получен сухой материал, не загрязненный посторонними частицами (футеровкой и материалом электродов), при значительно более низких температурах, чем в прототипе, и при затратах энергии на 45-50% меньше, чем в известных барабанах с наружным обогревом