УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к устройствам для термохимической обработки дисперсных материалов, в частности, к устройствам для получения материалов с гидрофобными свойствами, в том числе сорбентов, и может быть использована в строительной, химической, горнообогатительной промышленности и для водоочистки.
Известно устройство для тепловой обработки сыпучих материалов, например, сорбентов [пат. РФ №2046261, опубл. 20.10.95], содержащее корпус с системой загрузки и разгрузки высушиваемого материала и системой подвода и отвода теплоносителя, в котором на полом валу установлен барабан для размещения обрабатываемого материала с намотанным на него одним концом рукавом, другой конец которого закреплен на патрубке корпуса, при этом рукав сообщен с системой подачи материала через полость вала. Функциональные возможности известного устройства ограничены только процессом сушки и не обеспечивают химической обработки высушиваемого материала, при этом система подачи теплоносителя с помощью рукава ограничивает температуру теплоносителя пределами, обусловленными свойствами материала рукава, что следует отнести к недостаткам известного устройства.
Наиболее близким устройством к заявляемому является циклонная камера для термохимической обработки порошковых материалов [а.с. СССР №1310109, опубл. 15.05.87], включающая корпус рабочей камеры со съемной крышкой, в которой расположен патрубок для подачи обрабатываемого материала, размещенную коаксиально корпусу внутреннюю трубу, расположенный в нижней части рабочей камеры тангенциальный патрубок для подачи во внутреннюю трубу теплоносителя, одновременно являющегося химическим агентом, конфузор с патрубком для вывода обработанного материала и отработанного теплоносителя, расположенный в дне рабочей камеры.
Известное устройство является недостаточно эффективным при термохимической обработке крупнодисперсных высокопористых материалов с тяжелыми частицами, что обусловлено воздействием химического агента на
недостаточно подготовленный материал и ограниченным временем контакта тяжелых частиц с химическим агентом в вихревом потоке, вследствие чего не обеспечивается проникновение химического агента в поры обрабатываемого материала.
Задачей полезной модели является повышение качества термохимической обработки как крупнодисперсных высокопористых, так и мелкодисперсных материалов за счет их предварительной подготовки и увеличения времени взаимодействия между химическим агентом и обрабатываемыми материалами.
Поставленная задача решается предлагаемым устройством для термохимической обработки дисперсных материалов, представляющим собой рабочую камеру, включающую корпус со съемной крышкой, расположенный в нижней части корпуса патрубок тангенциального подвода теплоносителя и приспособление для вывода теплоносителя, при этом устройство дополнительно содержит кольцеобразную кассету для обрабатываемого материала с перфорированными боковыми внутренней и внешней стенками и перфорированным дном, коаксиально устанавливаемую внутри корпуса, и приспособление для подачи жидкого химического агента, размещенное в крышке корпуса, при этом приспособлением для вывода теплоносителя служит расположенный в боковой части корпуса разъемный горизонтальный патрубок, состоящий из двух частей, выполненных с возможностью герметичного соединения, одна из которых проходит через боковые стенки кассеты и жестко соединена с ними, другая - через боковую стенку корпуса и жестко соединена с ней, а патрубок подвода теплоносителя и патрубок для вывода теплоносителя снабжены герметизирующими заслонками.
Заявляемое устройство наглядно представлено на чертежах, где на фиг.1 показана общая схема устройства, на фиг.2 вид этого устройства сверху. Устройство представляет собой герметическую рабочую камеру, имеющую корпус 1 со съемной крышкой 2, коаксиально устанавливаемую в рабочей камере кольцеобразную кассету 3, служащую для заполнения обрабатываемым материалом, тангенциальный патрубок 4 для подачи теплоносителя в камеру, расположенный в нижней части камеры, горизонтальный разъемный патрубок для вывода отработанного теплоносителя, расположенный в боковой части
рабочей камеры и включающий часть 5, проходящую через внешнюю и внутреннюю стенки кассеты и соединяющуюся с помощью соединительного элемента 6 с частью 7, выходящей через боковую стенку корпуса рабочей камеры наружу. Часть патрубка 5 жестко соединена со стенками кассеты, например, приварена по периметру патрубка, а часть 7 таким же образом соединена с боковой стенкой корпуса.
Для подачи жидкого химического агента, например, гидрофобизатора, в рабочую камеру служит размещенный в съемной крышке корпуса питатель 8.
Кассета 3 для размещения обрабатываемого материала представляет собой металлическую емкость кольцеобразной формы (цилиндр, многогранник), внутренняя и внешняя стенки 9 и дно 10 которой выполнены перфорированными. Внутренняя стенка кассеты образует вертикальный канал 11, выполняющий роль теплообменника, в который выходит патрубок для вывода теплоносителя. При этом размер перфорации боковых стенок 9 и дна 10 кассеты определяется размером частиц обрабатываемого дисперсного материала.
Вывод отработанного теплоносителя осуществляется через разъемный выводной патрубок, проходящий через кассету и стенку корпуса; герметичное соединение частей выводного патрубка обеспечивается соединительным элементом 6, например, разъемным ступенчатым уступом, или другим известным приспособлением.
Боковые стенки корпуса 1 рабочей камеры теплоизолированы.
Устройство работает следующим образом.
В кассету 3 загружают обрабатываемый материал и устанавливают ее в рабочей камере.
Через тангенциальный патрубок 4 в рабочую камеру подают теплоноситель. Тепловой поток создают с помощью внешнего теплогенератора (на чертежах не показан), например, с помощью горелки любого подходящего типа. Патрубок 4 имеет с наружной стороны рабочей камеры герметизирующую заслонку (на чертежах не показана), при открытом положении которой в патрубок вводится сопло горелки.
Поток теплоносителя устремляется через центральный перфорированный канал 11, образованный внутренними стенками кассеты, и зазор между стенками рабочей камеры и внешней стенкой кассеты в выводной патрубок, при этом он свободно проходит через обрабатываемый материал в кассете 3, располагающейся на пути теплового потока. В результате обеспечивается оптимальный контакт теплоносителя с обрабатываемым материалом и осуществляется эффективная сушка и прогрев материала.
После завершения процесса сушки сопло горелки отводят на некоторое расстояние и патрубок перекрывают накидной заглушкой.
Удаление отработанного теплоносителя и водяных паров осуществляется через выводной горизонтальный разъемный патрубок принудительно, например, с помощью дымососа (на чертеже не показан).
После прогрева и сушки сырья при температуре, соответствующей типу обрабатываемого сырья и химического агента, в рабочей камере, не снижая температуры, создают максимально пониженное давление путем соединения камеры с ресивером, из которого вакуум-насосом предварительно откачивают воздух (на чертеже не показаны).
Для этого внешняя часть 7 разъемного выводного патрубка снабжена заслонкой, необходимой для герметизации рабочей камеры при вакуумировании после просушки материала, и дополнительным патрубком, снабженным вентилем, для соединения с ресивером (на чертеже не показаны).
Вакуум-насос приводят в действие одновременно с горелкой, он создает разряжение в ресивере при перекрытой магистрали «ресивер - рабочая камера». По достижении необходимого разрежения в ресивере, перекрывают магистраль, соединяющую вакуум-насос и ресивер, и открывают вентиль магистрали «ресивер - рабочая камера».
Одновременно с помощью питателя 8 начинают подачу жидкого химического агента, например, гидрофобизатора, который, попадая в нагретую рабочую камеру, в том числе, на нагретые стенки кассеты 3, испаряется, в результате чего в рабочей камере создается избыточное давление паров этого агента, что способствует эффективному проникновению этих паров в поры частиц обрабатываемого материала.
Формирование пленки химического агента, например, гидрофобной пленки, происходит в процессе естественного или принудительного охлаждения материала (без разгерметизации рабочей камеры, т.е. при разрежении).
Таким образом, при термохимической обработке как крупнодисперсных высокопористых (например, керамзита, перлита, шлака, вермикулита, кирпичной крошки и т.п.), так и мелкодисперсных (зола пылеуноса ТЭЦ) материалов с помощью заявляемого устройства за счет предварительной подготовки материала (сушка, прогрев) перед химической обработкой, увеличения времени воздействия химического агента и создания избыточного давления его паров обеспечивается интенсивное взаимодействие между химическим агентом и обрабатываемым материалом, при этом обработка крупнодисперсных высокопористых материалов осуществляется не только по внешней поверхности гранул, но и по всему объему внутренних открытых пор, что способствует повышению качества обработки материала и одновременно обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства.