РАСПЫЛИТЕЛЬНАЯ СУШИЛКА
SPRAY DRYER

Изобретение относится к технике сушки дисперсных материалов и может быть использовано в микробиологической, пищевой, химической отраслях промышленности.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является сушилка по патенту РФ №2326303, F26В 3/12, содержащая сушильную камеру, систему газораспределения сушильного агента, систему подачи раствора и систему очистки отработанного воздуха (прототип).
Недостаток прототипа - сравнительно невысокая производительность сушки конечного продукта.
Технический результат - повышение производительности сушки.
Это достигается тем, что в распылительной сушилке, содержащей корпус с размещенной в его верхней части распылительной камерой, снабженной форсункой и коллектором для подачи теплоносителя, сушильную камеру, систему газораспределения сушильного агента, систему подачи раствора и систему очистки отработанного воздуха, система газораспределения оборудована двумя газораспределителями: верхним и нижним, при этом верхний газораспределитель подводит сушильный агент к корню факела распыла и предназначен для равномерного распределения теплоносителя по факелу распыленного материала, а нижний газораспределитель позволяет вводить теплоноситель в нижнюю часть корпуса, где установлена газораспределительная решетка с патрубками для подачи вторичного теплоносителя и течка для выхода гранул, причем в центральной части корпуса расположен гранулятор, выполненный в виде эксцентриковых валков, вращающихся в профилированных лотках с продольными щелями, под которыми размещена сетка.
c
ст
p
Акустическая форсунка содержит корпус с размещенным внутри генератором акустических колебаний в виде сопла и резонатора, патрубков для подвода воздуха и жидкости. Генератор акустических колебаний выполнен в виде конического сопла, соосного с корпусом и имеющего кольцевое дроссельное отверстие с внешним диаметром d, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем диаметром d, и кольцевого объемного резонатора длиной h, образованного резонаторным стержнем и цилиндрической полостью с внешним диаметром d в крепежном элементе. При этом полость объемного резонатора отстоит от среза сопла на расстоянии b, а патрубок для подачи воздуха расположен перпендикулярно оси корпуса и соединен с кольцевой полостью, образованной валиком и внутренней поверхностью корпуса, при этом на валике закреплена обойма с дроссельными отверстиями, соосными с кольцевым дроссельным отверстием, а также соосно закреплен резонаторный стержень.
Распыляемая жидкость подается через патрубок, расположенный перпендикулярно оси корпуса, в кольцевую полость, образованную кожухом и внешней поверхностью сопла. При этом один торец кожуха выполнен сплошным и связан с корпусом, а в другом торце, охватывающем коническое сопло, выполнены дроссельные отверстия, соосные с кольцевым дроссельным отверстием. При этом со стороны, противоположной объемному резонатору, предусмотрено регулировочное устройство в виде маховичка с сальником, которое установлено на свободном конце валика.
p
cт
p
ст
c
cт
c
ст
Отношение длины h кольцевого объемного резонатора к расстоянию b от открытой поверхности полости объемного резонатора до среза сопла лежит в оптимальном интервале величин h/b=0,7÷1,3; отношение внешнего диаметра d кольцевого объемного резонатора к диаметру d внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня лежит в оптимальном интервале величин: d/d=1,2÷1,9; отношение диаметра d кольцевого дроссельного отверстия сопла к диаметру d внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня лежит в оптимальном интервале величин: d/d=1,1÷1,7.
К кожуху форсунки соосно прикреплен внешний диффузор, а к крепежному элементу кольцевого объемного резонатора с резонаторным стержнем соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси кольцевого объемного резонатора, а к внешнему диффузору соосно прикреплен дополнительный рассекатель потока, выполненный в виде цилиндрической обечайки, на торцевой части которой со стороны, противоположной диффузору, закреплена перфорированная пластина.
На фиг. 1 показана схема распылительной сушилки, на фиг. 2 - схема акустической пневматической форсунки.
Распылительная сушилка (фиг. 1) содержит корпус 1 с размещенной в его верхней части распылительной камерой 2, снабженной акустической пневматической форсункой 3 и коллектором 4 для подачи теплоносителя. Подсушенный материал поступает на гранулятор 5, выполненный в виде эксцентриковых валков 6, вращающихся в профилированных лотках 7 с продольными щелями, под лотками размещена сетка 8. В нижней части корпуса 1 установлена газораспределительная решетка 9 с патрубком для подачи вторичного теплоносителя. Материал досушивается в кипящем слое и в виде гранул выходит через течку 10.
c
ст
p
В качестве распылителя используется акустическая форсунка 3 (фиг. 2), содержащая цилиндрический корпус 11 с размещенным внутри генератором звуковых колебаний ультразвукового частотного диапазона, выполненного в виде конического сопла 20, соосного с корпусом 21 и имеющего кольцевое дроссельное отверстие 21 с внешним диаметром d, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем 22 диаметром d, и кольцевого объемного резонатора 24 длиной h, образованного резонаторным стержнем 22 и цилиндрической полостью с внешним диаметром d в крепежном элементе 23, при этом полость объемного резонатора 24 отстоит от среза сопла 20 на расстоянии b.
Воздух под давлением подается через патрубок 13, расположенный перпендикулярно оси корпуса 11, в кольцевую полость 17, образованную валиком 14 и внутренней поверхностью корпуса 11. На валике 14 закреплена обойма 15 с дроссельными отверстиями 16, соосными с кольцевым дроссельным отверстием 21, а также соосно закреплен резонаторный стержень 22. Обойма 15 контактирует по скользящей посадке с цилиндрическим хвостовиком сопла 20. Распыляемая жидкость подается через патрубок 12, расположенный перпендикулярно оси корпуса 11, в кольцевую полость 25, образованную кожухом 18 и внешней поверхностью сопла 20, при этом один торец кожуха выполнен сплошным и связан с корпусом 11, а в другом торце, охватывающем коническое сопла 20, выполнены дроссельные отверстия 19, соосные с кольцевым дроссельным отверстием 21.
Для изменения степени распыла раствора в корпусе 11 со стороны, противоположной объемному резонатору 24, предусмотрено регулировочное устройство в виде маховичка 26 с сальником, которое установлено на свободном конце валика 14.
Для оптимальной работы форсунки должны соблюдаться следующие соотношения ее параметров, регулируемые маховиком 26:
Отношение длины h кольцевого объемного резонатора 24 к расстоянию b от открытой поверхности полости объемного резонатора 24 до среза сопла 10 лежит в оптимальном интервале величин h/b=0,7÷1,3;
p
ст
p
ст
Отношение внешнего диаметра d кольцевого объемного резонатора 24 к диаметру d внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня 22лежит в оптимальном интервале величин: d/d=1,2÷1,9;
c
ст
c
ст
Отношение диаметра d кольцевого дроссельного отверстия 21 сопла к диаметру d внешней цилиндрической поверхности резонаторного стержня 22, лежит в оптимальном интервале величин: d/d=1,1÷1,7.
К кожуху 8 форсунки соосно прикреплен внешний диффузор 27, а к крепежному элементу 23 кольцевого объемного резонатора 24 с резонаторным стержнем 22 соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор 28 таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси кольцевого объемного резонатора 24.
Акустическая форсунка работает следующим образом.
c
Распыливающий агент, например воздух, подается по патрубку 13 в полость 17, затем через дроссельные отверстия 16 обоймы 15 - в кольцевое дроссельное отверстие 21 с внешним диаметром d, образованное срезом сопла и резонаторным стержнем 22, и затем встречает на своем пути кольцевой объемный резонатор 24. В результате прохождения резонатора 24 распыливающим агентом (например, воздухом) в последнем возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора.
Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию жидкости, подаваемой через патрубок 12 в полость 25, образованную кожухом 18 и внешней поверхностью сопла 20, откуда она попадает на дроссельные отверстия 19 в торце кожуха 18 и затем дробится под воздействием акустических колебаний воздуха на мелкие капли, в результате чего образуется факел распыленного раствора с воздухом, корневой угол которого определяется величиной угла наклона конической поверхности сопла 20.
Опыты показали, что при давлении воздуха 100 кПа средний диаметр капель составляет 90 мкм, при увеличении давления воздуха примерно в 4 раза (до 400 кПа) средний диаметр капель уменьшается незначительно и составляет 87 мкм. Акустическая форсунка работает по принципу распыления жидкости высокоскоростной струей газа или пара, подаваемого под давлением 0,1…1,0 МПа. Производительность их достигает 12 т/ч; они отличаются высокой универсальностью в отношении регулирования формы факела, производительности, дисперсности распыла и возможностей распыления высоковязких паст и суспензий. Пневматические форсунки, также как и гидравлические, могут быть установлены по одной или объединены в блоки до 50 штук.
Система газораспределения оборудована двумя газораспределителями: верхним и нижним, при этом верхний газораспределитель подводит сушильный агент к корню факела распыла и предназначен для равномерного распределения теплоносителя по факелу распыленного материала, а нижний газораспределитель позволяет вводить теплоноситель в нижнюю часть корпуса, где установлена газораспределительная решетка 9 с патрубками для подачи вторичного теплоносителя и течка для выхода гранул, причем в центральной части корпуса расположен гранулятор, выполненный в виде эксцентриковых валков, вращающихся в профилированных лотках с продольными щелями, под которыми размещена сетка.
Распылительная сушилка работает следующим образом.
В сушилке достигается высокая интенсивность испарения влаги за счет тонкого распыления высушиваемого материала в сушильной камере, через которую движется сушильный агент (нагретый воздух или топочные газы). При сушке в распыленном состоянии удельная поверхность испарения становится столь большой, что процесс высушивания завершается чрезвычайно быстро (примерно за 15…30 сек).
В распылительной сушилке материал подается в камеру 2 через форсунку 3. Сушильный агент движется параллельным током с материалом по коллектору 4. Подсушенный материал поступает на гранулятор 5, выполненный в виде эксцентриковых валков 6, вращающихся в профилированных лотках 7 с продольными щелями, под лотками размещена сетка 8. Материал проходит через щели и выдавливается через сетку в виде тонких нитей, которые отрываются и падают в нижнюю часть корпуса, где установлена газораспределительная решетка 9 с патрубками 10 для подачи вторичного теплоносителя. Здесь материал досушивается в кипящем слое и в виде гранул выходит через течку 11.
Мелкие твердые частицы высушенного материала (размером до нескольких микрон) отводятся через коллектор, расположенный между распылительной камерой 2 и корпусом 1, и поступают в выходной коллектор, а оттуда - сначала в акустическую установку, где происходит акустическая агломерация мелких частиц, а затем - в циклон и в рукавный фильтр (на чертеже не показано). Отработанный сушильный агент после очистки от пыли в циклоне и рукавном фильтре выбрасывается в атмосферу.
Напряжение по испаряемой влаге для данной сушилки в 2,5…3 раза больше, чем для сушилок с обычным газораспределением. Распыление может осуществляться пневматическими форсунками или с помощью центробежных распылителей (на чертеже не показано), скорость вращения которых составляет 4000…20000 оборотов в мин.
3
Отработавшие запыленные газы подвергаются предварительной акустической обработке в акустической установке, оптимальными параметрами которой для звуковой обработки среднедисперсной пыли являются: уровень звукового давления 140 дБ и более, частота колебательного движения 900 Гц, концентрация пыли в воздушном потоке не менее 2 г/м, время озвучивания 1,5…2 с, после чего газовый поток направляется в циклон с бункером, где выделяется основная часть унесенного газами сухого материала, а окончательная очистка газов происходит в рукавном фильтре.
Распылительные сушилки работают также по принципам противотока и смешанного тока. Однако прямоток особенно распространен, так как позволяет производить сушку при высоких температурах без перегрева материала, причем скорость осаждения частиц складывается в этом случае из скорости их витания и скорости сушильного агента. Распылительные сушилки такого типа применяются для сушки растворов, суспензий и пастообразных материалов.
Возможен вариант, когда к внешнему диффузору 27 соосно прикреплен дополнительный рассекатель потока, выполненный в виде цилиндрической обечайки 29, на торцевой части которой со стороны, противоположной диффузору 27, закреплена перфорированная пластина 30.