Устройство для термохимической гетерофазной обработки дисперсных материалов с виброожижением
DEVICE FOR THERMOCHEMICAL HETERO-PHASE PROCESSING OF DISPERSE MATERIALS WITH VIBRATION LIQUEFACTION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к области машиностроения, нефте-, газо-, углехимии, металлургии и ряду других отраслей промышленности, так как виброожижение позволяет интенсифицировать химические гетерофазные процессы, диффузионный перенос, тепломассообмен, механические процессы смешивания, эффективно снижать энергозатраты на реализацию ряда термохимических процессов в промышленности, включая процессы активации углеродных материалов, в том числе для получения углеродных молекулярно-ситовых сорбентов, активированных углей и других дисперсных материалов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известна аэродинамическая зерносушилка, раскрытая в RU 2018074 С1, опубл. 15.08.1994. Эта зерносушилка содержит теплоизолированный корпус с загрузочным и разгрузочными патрубками, нагреватели, вибропобудитель и аспирационную систему. При этом корпус выполнен неподвижным и снабжен платформой, установленной в корпусе с возможностью вибрации и имеющей наклонные, каскадно расположенные полки для перемещения зерна, над и под которыми установлены нагреватели с отражателями, при этом наклонные полки установлены с зазорами одна относительно другой, а в зоне стыка снабжены s-образными ворошителями.
Недостатком данного устройства является низкая эффективность использования тепла, высокая металлоемкость, низкая удельная производительность на единицу занимаемой оборудованием площади, отсутствие реверса направления потока газового реагента, невозможность обработки материала в режиме реверса и остановленного потока материала, с программированием температуры, а также значительный перепад температуры по печи и в материале.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство для непрерывной сушки сыпучих материалов в виброциркуляционном слое, раскрытое в RU 2215958 С1, опубл. 10.11.2003. Устройство, раскрытое в аналоге, содержит теплоизолирующий корпус, винтовой транспортирующий желоб, установленный на виброприводе, нагреватели, установленные между витками винтового транспортирующего желоба, днище которого имеет перфорацию в виде равномерно расположенных конусных отверстий для ссыпания инертного материала, а параллельно нагревателям с внутренней и наружной сторон проходят змеевики с радиальными отверстиями, обращенными в сторону нагревателей.
Недостатком данного устройства также является низкая эффективность использования тепла, высокая металлоемкость, невозможность обработки материала в неизотермическом режиме, с программируемым подъемом или снижением температуры, отсутствие реверса направления потока газового реагента, значительный перепад температуры по печи и в материале.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленного изобретения является разработка устройства для термохимической гетерофазной обработки дисперсных материалов с виброожижением, обеспечивающего получение материала с высокой однородностью, в том числе низкотемпературной активации углеродных материалов, работающего в проточном изотермическом или периодическом режиме с заданными изменениями температуры, направления и скорости продувки загрузки реагентом, направления и скорости перемещения материала.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение однородности термохимических превращений материалов, в том числе активации углеродных при получении активированных углей.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для термохимической гетерофазной обработки дисперсных материалов с виброожижением содержит герметичный теплоизолированный корпус и вибропривод, узлы загрузки и выгрузки материала, нагреватели, равномерно расположенные у боковых стенок корпуса, циркуляционные вентиляторы на нижней стенке корпуса, причем внутри корпуса расположена этажерка с рядом сетчатых полок, содержащих пороги пересыпки материала, при этом этажерка опирается на раму вибропривода и не соприкасается со стенками корпуса.
Циркуляционные вентиляторы выполнены в виде центральной ступицы (колеса), на которой равномерно по окружности закреплены лопасти, при этом циркуляционные вентиляторы выполнены с возможностью создания реверсивного газового потока, а лопасти вентилятора расположены под 45° к плоскости колеса.
Вибропривод выполнен составным и содержит верхнюю и среднюю раму, и основание, причем между верхней и средней рамой закреплены пружины, а между основанием и средней рамой установлены домкраты.
На верхней раме вибропривода закреплены стойки этажерки с сетчатыми полками.
Основание вибропривода выполнено неподвижным, обособленным от теплоизолирующего корпуса.
Вибропривод выполнен с возможностью изменения частоты и фазы колебаний.
Пороги пересыпки выполнены с возможностью полного или частичного открывания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На прилагаемых схемах представлена конструкция предлагаемого устройства:
Фиг. 1 - вид устройства сбоку.
Фиг. 2 - поперечный разрез устройства.
1 - Теплоизолирующий корпус; 2 - узел загрузки материала; 3 - узел выгрузки материала; 4 - верхняя рама вибропривода; 5 - средняя рама вибропривода; 6 - основание вибропривода; 7 - домкрат; 8 - пружина; 9 - стойка вибропривода; 10 - сетчатая полка.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство для термохимической гетерофазной обработки дисперсных материалов с виброожижением содержит теплоизолирующий корпус (1) и вибропривод, узлы загрузки (2) и выгрузки (3) материала, нагреватели, равномерно расположенные у боковых стенок корпуса, циркуляционные вентиляторы, закрепленные на нижней стенке корпуса, причем внутри корпуса (1) расположена этажерка с рядом сетчатых полок (10), содержащих пороги пересыпки, при этом этажерка закреплена на стойках (9) вибропривода с образованием зазора между полками и боковыми стенками корпуса (1).
Циркуляционные вентиляторы выполнены с возможностью создания реверсивного потока газового реагента.
Для нагрева используют электрические или газовые нагреватели.
Вибропривод выполнен составным, содержащим верхнюю (4), среднюю (5) раму и основание (6), причем между верхней (4) и средней (5) рамой закреплены пружины (7), а между основанием (6) и средней рамой (5) установлены домкраты (8).
На верхней (4) раме вибропривода закреплены стойки (9) этажерки с сетчатыми полками (10).
Основание (6) выполнено неподвижным, обособленным от теплоизолирующего корпуса (1).
Вибропривод не связан с корпусом (1) печи, расположен на отдельном основании. Стойки (9) прикреплены к виброприводу и пропущены через отверстия в днище теплоизоляционного корпуса (1). Внутри корпуса (1) на стойках (9) расположены сетчатые полки (10).
Вибрация на сетчатые полки (10) передается через стойки (9), установленные на раме вибропривода.
Вибропривод выполнен с возможностью изменения частоты и фазы колебаний.
Пороги пересыпки выполнены с возможностью полного или частичного открывания.
Работа заявленного устройства в полупериодическом режиме осуществляется следующим образом. Включается вибратор в режиме периодического изменения частоты и фазы колебаний. Материал, например уголь, через узел загрузки (2) при включенном вибраторе подается на все сетчатые полки (10) этажерки. Заполняют сетчатые полки (10) при открытых порогах пересыпки. Но при этом на самой нижней сетчатой полке (10) порог пересыпки закрыт. После заполнения нижней полки слоем материала заданной толщины порог пересыпки на полке (10), расположенной сверху нее, закрывают. Таким образом,  заполняют все полки (10), начиная с нижней, до верхней. После заполнения слоем материала самой верхней сетчатой полки (10) загрузку материала прекращают и включают циркуляционный вентилятор, затем нагреватели. После достижения заданной температуры в слое материала в печь подают газовый реагент (воздух, пары воды и др.), обеспечивающий необходимые термохимические преобразования материала. Температура в устройстве изменяется по заданной программе, обеспечивающей необходимые превращения материала, вплоть до 550°С. В процессе активации виброкипящий слой материала перемещается на сетчатых полках (10). При этом направление перемещения материала периодически изменяется по заданной программе за счет изменения фазы колебаний вибратора. Кроме этого, за счет изменения направления и скорости вращения вентиляторов в виброкипящем слое материала по заданной программе изменяется направление и скорость потока реагента. Однородность превращений материала обеспечивается за счет изменения частоты и фазы вибрации обособленных от теплоизолирующего корпуса полок, изменения направления перемещения слоя материала, а также частоты и амплитуды колебаний частиц материала в виброожиженном слое на всех полках. После достижения заданной степени превращения материала прекращают подачу реагента и отключают вентилятор. Затем поочередно снизу вверх на сетчатых полках (10) открывают пороги пересыпки и активированный материал в виброожиженном состоянии через узел выгрузки (3) удаляют из устройства.
При работе в проточном изотермическом режиме пороги пересыпки материала приспущены на заданную высоту, а производительность и длительность обработки определяется высотой порогов, скоростью подвода твердого материала и газообразного реагента. В этом режиме материал через узел загрузки (2) подается на верхнюю сетчатую полку (10). Затем в виброожиженном состоянии материал через приспущенные пороги перетекает последовательно с верхней полки на нижнюю и поступает в узел выгрузки (3).
Однородность превращений материала в этом режиме обеспечивается также за счет изменения частоты и фазы вибрации обособленных от теплоизолирующего корпуса полок, изменения направления перемещения слоя материала, а также частоты и амплитуды колебаний частиц материала в виброожиженном слое на всех полках.
Таким образом, в настоящем изобретении предложено устройство, обеспечивающее повышение однородности термохимических превращений материала, в частности активации углеродных материалов при получении сорбентов, по высоте слоя на каждой полке, а также по высоте реактора на всех полках, за счет повышения интенсивности тепло- и массообменных процессов при изменении направления подачи газообразного реагента и применения обособленных сетчатых полок, установленных на вибропобудителе с зазором от боковых стенок теплоизоляционного корпуса, что позволяет изменять частоту и фазу их колебаний, и реализовать с помощью этого возможность турбулизации реагента в слое материала, у поверхности каждой частицы при обработке материала на полках этажерки.