АППАРАТ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ГРАНУЛИРОВАННЫХ И КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ С НИЗКОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ

Полезная модель относится к аппаратам для термообработки (сушки, прокалки, химических реакций в системе газ-твердое) гранулированных и кусковых материалов в химической, строительной, пищевой, горнодобывающей отраслях промышленности. Предлагаемый аппарат относится к типу аппаратов с неподвижным слоем материала и комбинированным подводом тепла.
Известны аппараты для термообработки гранулированных и кусковых материалов, в том числе и с низкой теплопроводностью, находящихся в неподвижном состоянии - шахтного типа. В них используется как конвективный, так и кондуктивный подвод тепла (М.В.Лыков. Сушка в химической промышленности. М.: "Химия" 1970, с.161-163). Недостатком их является, как правило, наличие существенного градиента температур, как по диаметру, так и по высоте рабочей зоны аппарата. Это негативно сказывается на качестве продукта из-за неоднородности конечной характеристики материала, для получения которой проводится термообработка. Особенно эта тенденция проявляется, когда обрабатываемые материалы имеют низкую теплопроводность из-за сведения к минимуму теплопередачи между гранулами материала. Для устранения этого недостатка приходится увеличивать время пребывания материала в аппарате, а следовательно, энергозатраты на термообработку.
Известен аппарат для термообработки аналогичных материалов [Патент РФ №2186306, пр. 13.04.2000, F27В 1/00] с комбинированным подводом тепла как конвективным внутрь вертикальной шахты (камеры), так и кондуктивным - через ее боковые стенки. Камеры для циркуляции теплоносителя, используемого для кондуктивного подвода тепла расположены концентрично вертикальной шахте.
Аппарат является экономичным с точки зрения затрат тепла на термообработку единицы массы материала. Он является прототипом предлагаемой полезной модели.
Недостатком прототипа является истирание материала при термообработке вследствие его движения, что приводит к наличию пыли и, следовательно, пожаро- и взрывоопасности для целого ряда материалов. Кроме того, показатель отклонения от среднего конечных характеристик термообработки при выполнении габаритов аппарата аналогичными чертежу превышает 10% при равном времени термообработки. В основном это связано с ухудшением конвекции внизу вертикальной шахты.
Технической задачей полученной модели является снижение градиента температур внутри рабочего пространства рабочей зоны камеры с целью повышения качества материала по показателю отклонения конечных характеристик от средних при низких удельных затратах тепла на единицу массы обрабатываемого материала.
Задача решается тем, что используется аппарат для термообработки гранулированных и кусковых материалов с низкой теплопроводностью с комбинированным подводом тепла, содержащий вертикальную камеру с боковыми стенками для кондуктивной теплопередачи, вертикальные кожухи для обеспечения циркуляции теплоносителя, концентрично расположенные по отношению к камере, корпус с крышкой и патрубки для прохождения теплоносителя. При этом днище камеры является перфорированным для конвективной подачи тепла внутрь. При этом живое сечение перфорированного днища составляет не менее 65%. Отношение диаметра камеры (Д) к высоте ее рабочей зоны (Н) меняется в диапазоне от 1:0,4÷1,8. Вертикальная камера может быть выполнена многоярусной. Высота рабочей камеры составляет не более 80 средних диаметров частиц обрабатываемого материала (dcp).
Снижение соотношения Д:Н менее 1:0,4 и повышение этого соотношения выше 1:1,8 приводит к уменьшению кондуктивной (в первом случае) и конвективной (во втором случае) составляющей теплообменного процесса и не позволяет иметь отклонение конечного показателя термообработки от среднего менее 10%.
При величине живого сечения днища вертикальной камеры меньше 65%, а также при превышении заданного соотношения высоты рабочей зоны к среднему диаметру частиц обрабатываемого материала этот показатель также не достигается.
В таблице 1 приведены данные по характеристикам аппарата и конечному влагосодержанию гранул никелевого концентрата при времени термообработки 40 минут.
Таблица 1
Характеристики работы аппарата
Результаты термообработки
№ п/п
Д/Н
Величина живого сечения, %
H/dcp
Среднее влагосодержание гранул, кг/кг
Отклонение в пробах от среднего, %
1
1:0,3
80
70
0,17
11
2
1:0,4
80
70
0,14
9
3
1:1
65
80
0,12
7
4
1:1,5
60
70
0,17
11
5
1:1,8
65
80
0,16
9
6
1:2
80
70
0,18
12
7
1:1,5
65
90
0,16
12
Аппарат содержит вертикальную камеру для конвективной подачи тепла (1), окруженную концентрично расположенными кожухами разных диаметров (2) и (3) для кондуктивного обогрева материала в камере (1). При этом камера (1) закреплена верхней частью на кожухе (3) и имеет перфорированное днище (4) с живым сечением более 65%. Вся эта конструкция помещена в корпус (5) с крышкой (6), в который подводится и отводится через патрубок (7) теплоноситель. Внутри камеры (1) расположены в разных местах по высоте и диаметру камеры не менее трех термопар (8).
Аппарат работает следующим образом. Материал загружается на высоту рабочей зоны в камеру (1). Крышка (6) корпуса (5) герметично закрывается. В патрубок (7) подается теплоноситель, который поступает в камеру (1) через перфорированное днище (4) для конвективной теплоотдачи, параллельно он циркулирует между боковыми стенками кожухов (2), (3) и камеры (1), обеспечивая кондуктивнывный теплоподвод. Температура материала в камере (1) и теплоносителя в аппарате регистрируется термопарами (8). После завершения термообработки подача теплоносителя прекращается, по достижении заданной температуры материала крышка (6) корпуса (5) открывается, и материал выгружается из камеры (1).