УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ РАСТВОРОВ, СУСПЕНЗИЙ И ПАСТООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ
PLANT FOR DRYING SOLUTIONS, SUSPENSIONS AND PASTY MATERIALS

Изобретение относится к технике сушки дисперсных материалов и может быть использовано в микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является сушилка по патенту РФ №2335715, 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 установке для сушки растворов, суспензий и пастообразных материалов, содержащей корпус с размещенной в его верхней части распылительной камерой, снабженной форсункой и коллектором для подачи теплоносителя, сушильную камеру с расположенным в центральной части вибрационным гранулятором, и систему газораспределения сушильного агента, систему подачи раствора и систему очистки отработанного воздуха, а 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 вибрационный гранулятор в виде вибрирующего лотка с сетчатым днищем с коэффициентом перфорации, равным 0,3…0,5, и упруго закрепленной на днище посредством пружин перфорированной плиты с коэффициентом перфорации, равным 0,5…0,7, а вибропривод имеет блок управления, с помощью которого изменяют направление, амплитуду и частоту вибрации в требуемом оптимальном диапазоне параметров работы гранулятора: уровень вибрации в диапазоне - 100…120 дБ, частота колебательного процесса в диапазоне - 50…100 Гц, каждая из форсунок содержит полый цилиндрический корпус, соединенный с соплом, в котором выполнены жиклеры во взаимно-перпендикулярных плоскостях, при этом полый корпус состоит из цилиндрической части с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода, подводящего жидкость, конической переходной части и цилиндрической части с большим размером диаметрального сечения, и с внутренней резьбовой поверхностью, а соосно корпусу, в его нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью с внешней резьбой, взаимодействующей с цилиндрической частью корпуса, при этом цилиндрическая поверхность сопла переходит в коническую поверхность и замыкается торцевой, перпендикулярной оси корпуса, глухой перегородкой, с жиклером в ее центре, выполненным осесимметричным соплу и состоящим из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, соединенных последовательно, причем больший диаметр конического отверстия расположен на глухой перегородке сопла, при этом корпус и сопло образуют три, соосных между собой внутренних цилиндрических камеры, а на сопле, со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен дополнительный ряд жиклеров, которые образованы, по крайней мере, тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов для прохода жидкости и горизонтальных каналов, которые пересекаются на конической боковой поверхности сопла и образуют выходные отверстия каждого из жиклера, при этом парные каналы расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса, а коническая боковая поверхность сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°, а жиклер, выполненный в центре глухой перегородки, и состоящий из цилиндрического и конического дроссельных отверстий имеет винтообразные поверхности на внутренних поверхностях как цилиндрического, так и конического дроссельных отверстий, при этом на внутренних поверхностях каналов жиклеров сопла, которые пересекаются на его конической боковой поверхности, и которые образованы, по крайней мере, тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных и горизонтальных каналов для прохода жидкости, выполнены винтовые поверхности, при этом направление винтовых поверхностей в этих каналах выполнено противоположно-направленным, причем образованные корпусом и соплом три, соосных между собой, внутренних цилиндрических камеры, одна из которых служит для подвода жидкости, другая является расширительной камерой, а третья выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления, заполнены упругим сетчатым элементом, или стружкой из цветного металла, или стружкой из пластмассы, а к торцевой поверхности цилиндрической части корпуса прикреплен диффузор, охватывающий коническую поверхность сопла с глухой перегородкой и жиклером.
На фиг. 1 показана схема установки для сушки растворов, суспензий и пастообразных материалов, на фиг. 2 - вариант вибрационного гранулятора, на фиг. 3 - форсунка 3 для распыливания жидкостей.
Установка для сушки растворов, суспензий и пастообразных материалов (фиг. 1) содержит корпус 1 с размещенной в верхней его части распылительной камерой 2, форсункой 3 и коллектором 4 для подачи теплоносителя 16 сверху. Подсушенный материал поступает на вибрационный гранулятор, выполненный в виде подпружиненного сверху и снизу пружинами 13, вибрирующего лотка 5 с сетчатым днищем 6 и шаровой насадкой 7, приводимого в колебания виброприводом 11. Корпус 1 в месте расположения вибропривода выполнен разъемным с подпружиненными пружинами 12 частями. Под тяжестью шаровой насадки материал продавливается сквозь сетчатое днище, а под действием вибрации лотка и силы тяжести самих частиц происходит отрыв последних, одинаковых по величине. Затем частицы попадают в нижнюю часть корпуса, где установлена газораспределительная решетка 8 с патрубком 9 для подачи вторичного теплоносителя. Здесь материал досушивается в режиме кипящего слоя и в виде гранул одинакового размера выпускается через течку 10.
3
На фиг. 2 представлен вариант выполнения вибрационного гранулятора в виде вибрирующего лотка 5 с сетчатым днищем 6 с коэффициентом перфорации, равным 0,3…0,5, и упруго закрепленной на днище 6 посредством пружин 14 перфорированной плиты 17 с коэффициентом перфорации, равным 0,5…0,7. Вибропривод 11 имеет блок управления (на чертеже не показано), с помощью которого изменяют направление, амплитуду и частоту вибрации в требуемом оптимальном диапазоне параметров работы гранулятора: уровень вибрации в диапазоне - 100…120 дБ, частота колебательного процесса в диапазоне - 50…100 Гц, а перфорированная плита 17 выполняет функции инерционной массы динамического гасителя колебаний, настроенного на требуемый диапазон частот. Подпружиненная перфорированная плита 17 совершает колебательное движение в вертикальной плоскости и передает энергию колебаний для перемешивая и продавливания сквозь сетчатое днище 6. Отработавшие запыленные газы, поступающие по воздуховоду 15, подвергаются предварительной акустической обработке в акустической установке 18, оптимальными параметрами которой для звуковой обработки средне-дисперсной 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 19 с бункером, где выделяется основная часть унесенного газами сухого материала, а окончательная очистка газов происходит в рукавном фильтре 20. Форсунка (фиг. 3) содержит полый корпус, состоящий из цилиндрической части 21 с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости, конической переходной части 22 и цилиндрической части 23 с большим размером диаметрального сечения, с внутренней резьбовой поверхностью.
Соосно корпусу, в его нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью 26 с внешней резьбой, взаимодействующей с цилиндрической частью 23 корпуса. Цилиндрическая поверхность 26 сопла переходит в коническую поверхность 24 и замыкается торцевой, перпендикулярной оси корпуса, глухой перегородкой 25, с жиклером 30 в ее центре, выполненным осесимметричным соплу и состоящим из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, соединенных последовательно, причем больший диаметр конического отверстия расположен на глухой перегородке 25 сопла. При этом жиклер 30, выполненный в центре глухой перегородки 25, и состоящий из цилиндрического и конического дроссельных отверстий имеет винтообразные поверхности на внутренних поверхностях как цилиндрического, так и конического дроссельных отверстий (на чертеже не показано).
Корпус и сопло образуют три, соосных между собой внутренних цилиндрических камеры. Камера 27 служит для подвода жидкости, камера 28 является расширительной камерой, камера 29 выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления.
На сопле, со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен дополнительный ряд жиклеров, которые образованы, по крайней мере, тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов 32 для прохода жидкости и горизонтальных каналов 31, которые пересекаются на конической боковой поверхности 24 сопла и образуют выходные отверстия каждого из жиклера. При этом вертикальные каналы 32 соединены с полостью расширительной камеры 28, а горизонтальные каналы 31 - с полостью нагнетательной камеры 29.
Парные каналы 31 и 32 расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса. Коническая боковая поверхность 24 сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°.
На внутренних поверхностях каналов жиклеров сопла 24, которые пересекаются на конической боковой поверхности сопла, и которые образованы, по крайней мере, тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов 32 для прохода жидкости и горизонтальных каналов 31, выполнены винтовые поверхности, при этом направление винтовых поверхностей в этих каналах выполнено противоположно-направленным. Это позволяет повысить мелкодисперсность распыляемой жидкости за счет взаимодействия вихревых потоков на выходе из жиклеров.
Возможен вариант, когда образованные корпусом и соплом три, соосных между собой, внутренних цилиндрических камеры, одна из которых (камера 27) служит для подвода жидкости, другая (камера 28) является расширительной камерой, а третья (камера 29) выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления, заполнены упругим сетчатым элементом, или стружкой из цветного металла, или стружкой из пластмассы (на чертеже не показано). К торцевой поверхности цилиндрической части 23 корпуса прикреплен диффузор 33, охватывающий коническую поверхность 24 сопла с глухой перегородкой 25 и жиклером 30.
Работа форсунки осуществляется следующим образом.
Форсунка устанавливается в рабочее состояние в вертикальном положении. При подаче жидкости в корпус под действием перепада давления 0,4…0,8 МПа в каналах 31 и 32 образуются встречные потоки жидкости, устремляющиеся к выходным отверстиям жиклеров, образованных этими каналами.
После столкновения потоков жидкости в каналах 31 и 32, и истечения через выходные отверстия жиклеров происходит образование веерообразного газожидкостного потока в виде пелены, т.е. реализуется механизм дробления капель жидкости, но генерируемый пеленообразный поток отклоняется от горизонтальной плоскости на больший угол, в диапазоне от 45 до 60°, в направлении к центральной области орошаемой поверхности, расположенной непосредственно под жиклером 30 в глухой перегородке 25 распылителя. Такое распределение распыляемой жидкости позволяет повысить равномерность распыления жидкости над центральной частью орошаемой поверхности.
Возможен вариант, когда в выходном сечении диффузора 33, прикрепленного к торцевой поверхности цилиндрической части 23 корпуса, установлена перфорированная перегородка 34, к которой, одним концом, в точке ее пересечения с осью распылителя, закреплены, по крайней мере, две спицы 35 и 36, второй конец которых закреплен на внутренней поверхности диффузора 33 таким образом, что спицы 35 и 36 перпендикулярны внутренней поверхности диффузора 33, а на спицах, в их центральной части, свободно установлены дополнительные распылители, выполненные в виде винтовых барабанов 37 и 39, которые зафиксированы на спицах с помощью упоров.
Возможен вариант, когда в выходном сечении диффузора 33, между перфорированной перегородкой 34, и закрепленными на ней, посредством спиц 35 и 36, дополнительными распылителями, выполненными в виде винтовых барабанов 37 и 39, зафиксированных на спицах с помощью упоров, установлена перфорированная коническая обечайка 38, вершина конической поверхности которой закреплена на перфорированной перегородке 34, в точке ее пересечения с осью распылителя.
Возможен вариант, когда полость 40 между перфорированной конической обечайкой 38, вершина конической поверхности которой закреплена на перфорированной перегородке 34, в точке ее пересечения с осью распылителя, и поверхностью перфорированной перегородки 34, заполнена упругим сетчатым элементом, или стружкой из цветного металла, или стружкой из пластмассы, который повышает мелко дисперсность фазы распыливаемой жидкости.
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.
Установка для сушки растворов, суспензий и пастообразных материалов 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 вибрационный гранулятор, выполненный в виде подпружиненного сверху и снизу пружинами 13, вибрирующего лотка 5 с сетчатым днищем 6 и шаровой насадкой 7, приводимого в колебания виброприводом 11. Корпус 1 в месте расположения вибропривода выполнен разъемным с подпружиненными пружинами 12 частями. Под тяжестью шаровой насадки материал продавливается сквозь сетчатое днище, а под действием вибрации лотка и силы тяжести самих частиц происходит отрыв последних, одинаковых по величине. Затем частицы попадают в нижнюю часть корпуса, где установлена газораспределительная решетка 8 с патрубком 9 для подачи вторичного теплоносителя. Здесь материал досушивается в режиме кипящего слоя и в виде гранул одинакового размера выпускается через течку 10.
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.
Пневматические форсунки работают по принципу распыления жидкости высокоскоростной струей газа или пара, подаваемого под давлением 0,1…1,0 МПа. Производительность форсунок достигает 12 т/ч; они отличаются высокой универсальностью в отношении регулирования формы факела, производительности, дисперсности распыла и возможностей распыления высоковязких паст и суспензий. 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.