Барабанная сушилка

Предлагаемое техническое решение относится к конструкции аппарата, предназначенного для сушки сильно мажущих материалов, и может найти применение в химической, нефтехимической, фармацевтической, строительной, лакокрасочной и других отрослях промышленности, а также в экологических процессах переработки твердообразных вязко-пластичных отходов с повышенной адгезией высушиваемого материала к твердым поверхностям.
Известны конструкции барабанных сушилок, представляющих собой установленный наклонно вращающийся барабан, на который на который надеты два бандажа и зубчатый венец привода. Бандажами барабан опирается на четыре ролика, установленные на рамах. Два опорных ролика ограничивают осевое смещение корпуса барабана. На обоих концах барабана имеются камеры; в одной предусмотрен ввод газов и загрузка влажного материала, в другой – вывод сухого продукта и отвод газов. Между камерами и барабаном делают специальные уплотнения для предотвращения подсоса наружного воздуха. При сушке сильно мажущихся материалов (с большой адгезией) на начальном участке барабана подвешивают цепи, при помощи которых разрушаются комки и снимаются «настыли» со стенок барабана. Для этой же цели наружная обшивка барабана снабжается специальными ударными молотками – по несколько штук на окружности по длине барабана. При вращении барабана молотки периодически отходят от корпуса и ударяют по нему (Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. – М.: Химия, 1970, с. 186,187) .
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится неполная очистка внутренней поверхности барабана от прилипших комков мажущего материала при механических ударах по этой поверхности цепей или по наружной поверхности молотков в зонах, удаленных от таких механических воздействий, что приводит к потере части высушиваемого материала, а значит и производительности по высушиваемому продукту.
Известна конструкция барабанной сушилки, содержащая вращающий барабан с лопастными насадками на внутренней поверхности и с жаровыми трубами, расположенными внутри барабана, загрузочный и разгрузочный узлы, размещённые по торцам барабана. Каждая жаровая труба выполнена в виде многоходового регистра со съемной торцовой насадкой со стороны разгрузочного узла, снабженным наружным продольным оребрением (а.с. СССР №1032297 F 26 B 11/4, 1975г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится локальный перегрев и слипание на поверхности жаровых труб в застойных зонах барабана частиц высушиваемого материала, что влечет за собой уменьшение производительности сушильного аппарата.
Известна конструкция барабанной сушилки, включающая неподвижный цилиндрический кожух с поперечными перегородками, снабженный патрубками подвода теплоносителя, загрузочное устройство, разгрузочный бункер и концентрично расположенный в кожухе перфорированный барабан (Пат. №2649379, F 26 B 11/14 2018 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, можно отнести то, что часть сушильного агента (воздуха) уходит через перфорированные стенки из наружного и внутреннего барабана в кожух, что уменьшает скорость сушки и производительность в целом.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и принятому за прототип является барабанная сушилка с центральным отводом продукта и теплоносителя, включающая барабан со сплошной обечайкой,  каналами и размещенной по его оси полой перфорированной центральной трубой, установленными в начале и в конце подводящий и отводящий патрубки для теплоносителя (Пат. №2182295, F 26 B 11/04 2001 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, можно отнести то, что подача теплоносителя под слой высушиваемого материала по всей длине барабана приводит к локальным перегревам на завершающей стадии процесса сушки, а также то, что нахождение частиц высушиваемого материала в непосредственном контакте друг с другом способствует слипанию частиц, что уменьшает скорость сушки, а значит и производительность в целом.
Техническим результатом предлагаемой конструкции сушильного аппарата является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что барабанная сушилка с отводом продукта и теплоносителя, содержащая приводимый во вращение барабан, находящийся под углом наклона к горизонту , с ситом в виде перфорированной обечайки, где размер перфораций меньше характерного размера частиц используемого для сушки продукта, на концах которого находятся подводящий и отводящий патрубки для теплоносителя, причем обечайка выполнена конической и установлена в зоне загрузки влажного материала, при этом длина обечайки , где l – длина конической перфорированной обечайки, м;         L – длина барабана, м; и углом конусности β=10...15°.
Подача вспомогательного сушильного агента под высушиваемый, сильно мажущий, материал через равномерно перфорированную коническую обечайку, установленную в зоне загрузки влажного материала, длиной  где l – длина конической перфорированной      обечайки, м; L – длина барабана, м; углом конусности β=10...15°, позволяет предотвратить слипание материала, следовательно и увеличение размера кусков, интенсифицирует тепло- и массопередачу между высушиваемым материалом и сушильным агентом, увеличить время безостановочной работы аппарата за счет сведения к минимуму количества налипающих частиц к стенкам аппарата , что в итоге приведет к увеличению скорости сушки материала, т.е. увеличению количества высушиваемого материала за единицу времени, что в целом значительно повышает производительность по высушиваемому материалу.
При значениях угла конусности β>15° обечайка будет слишком короткая, и не будет позволять достичь поставленный технический результат в виду слипания частиц материала, что приведет к уменьшению тепло- и массопередачи, а следовательно уменьшая скорость сушки материала и производительность. Использование конической обечайки с углом конусности β<10° не целесообразно в связи с невозможностью подвода теплоносителя по патрубкам.
При значениях длины конической перфорированной обечайки  будет иметь место локальный перегрев высушиваемого материала, что уменьшит эффективность процесса сушки а следовательно производительность. Использование конической обечайки длиной  не позволит достичь поставленного результата из-за того, что время пребывания высушиваемого материала в зоне подвода вспомогательного теплоносителя будет мало, в следствии чего будет возможно налипание частиц на обечайку аппарата, что может привести к необходимости остановки аппарата для проведения очистки обечайки от налипших частиц, уменьшая время работы аппарата и увеличивая время его простоя из-за ремонтных и профилактических работ, тем самым значительно снижая производительность.
На чертеже представлен общий вид предлагаемой конструкции сушильного аппарата в разрезе.
Барабанная сушилка состоит из барабана 1, внутри которого находится сито 2, представляющее собой коническую обечайку длиной и углом конусности β=10...15°, под которую подается вспомогательный поток теплоносителя через патрубок 3. Материал, подлежащий обработке, подается питателем через загрузочное устройство 4. Сушильный агент подается через патрубок 5, проходит через барабан 1 и покидает аппарат через отводящий патрубок 6, а готовый продукт выводится из рабочей камеры через патрубок 7.
Барабанная сушилка работает следующим образом.
Газовый сушильный агент поступает через газоподводящий патрубок 5 и попадает в барабан 1.
Дисперсный материал, подлежащий обработке, подается с помощью загрузочного устройства 4 в барабан 1, где происходит массоперенос влаги от поверхности высушиваемых частиц к газовому сушильному агенту.
В барабане 1, установлено коническое равномерно перфорированное сито 2 под тело которой подается вспомогательный сушильный агент через жестко закрепленный патрубок 3, который пробивает слой дисперсного материала тем самым предотвращая возможность слипания частиц и интенсифицируя тепло- и массообмен между высушиваемым материалом и сушильным агентом.
Готовый продукт выводится из барабана 1 через патрубок 7, а отработанный сушильный агент выводится через отводящий патрубок 6.
Следовательно, при подаче вспомогательного потока сушильного агента в области удаления свободной влаги сводится к минимуму возможность слипания высушиваемого материала, что позволяет интенсифицировать процесс тепло- и массообмена между высушиваемым материалом и сушильным агентом, увеличить время безостановочной работы аппарата, значительно повысить скорость сушки, что повлечет за собой увеличение производительности сушильного аппарата по высушиваемому материалу.
Пример 1: (для и )для барабанной сушилки длиной  диаметром  находящейся под углом наклона к горизонту  со скоростью вращения барабана  с эквивалентным размером частиц  с перфорированной конической обечайкой длиной и углом конусности  с производительностью по влажному материалу  а по высушенному  и расходом сушильного агента
Тогда среднее время пребывания частиц в аппарате можно расчитать по формуле Тума (Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. – М.: Химия, 1970, с177):
Пример 2: (для и ) для барабанной сушилки длиной  диаметром  находящейся под углом наклона к горизонту  со скоростью вращения барабана  с эквивалентным размером частиц  с перфорированной конической обечайкой длиной и углом конусности  с производительностью по влажному материалу  а по высушенному  и расходом сушильного агента
Тогда среднее время пребывания частиц в аппарате:
,
По аналогии с примерами 1 и 2 были произведены расчеты для аппаратов со следующими параметрами:
и
и
и
Результаты расчетов различных конструкций перфорированных обечаек приведены в Таблице 1.
Таблица 1. Расчетные значения производительности барабанной сушилки с перфорированной обечайкой различных исполнений
Пример 1
Пример 2
-
-
-
<maths num="33"><img file="00000030.jpg" he="6" wi="9" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
22
22
22
22
22
<maths num="34"><img file="00000031.jpg" he="6" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
11
8,8
8,25
7,7
6,6
<maths num="35"><img file="00000032.jpg" he="7" wi="7" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
5
10
12,5
15
20
<maths num="36"><img file="00000033.jpg" he="4" wi="3" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>,мин
7,24
5,42
5,28
5,47
6,23
<maths num="37"><img file="00000034.jpg" he="7" wi="21" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
1,43
1,91
1,96
1,89
1,66
Исходя из полученных расчетных данных работы заявляемой конструкции барабанной сушилки, выполненной как в соответствии с заявляемыми, так и с параметрами, нарушающими заявляемые условия исполнения аппарата, можно сделать вывод о том, что предлагаемая конструкция барабанной сушилки, в которой сито 2 представляющее собой равномерно перфорированную коническую обечайку длиной   где l – длина конической перфорированной обечайки, м; L – длина барабана, м; и углом конусности β=10...15°, под тело которой подается вспомогательный поток сушильного агента через патрубок 3, препятствует слипанию высушиваемого материала и повышает тепло- и массообмен между высушиваемым материалом и сушильным агентом, скорость сушки, что в свою очередь повышает производительность.