ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ДИСК, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В УСТАНОВКАХ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ
GAS DISTRIBUTING DISC TO BE USED IN SOLID PARTICLES PROCESSORS

Область техники, к которой относится изобретение
Предметом изобретения является газораспределительный диск, предназначенный для усовершенствованных технологических установок для обработки твердых частиц в псевдоожиженном слое, используемых в химической и фармацевтической отраслях промышленности. Он обеспечивает улучшение характеристик технологического оборудования для обработки твердых частиц распылением сверху, снизу и с боковых сторон и работает по принципу управляемого кругового перемещения материала в технологической камере. В частности, изобретение относится к конструкции существенного элемента установки для сушки, гранулирования и нанесения покрытия, повышающего качество этих процессов. Изобретение относится к классу А61J 3/06 международной патентной классификации.
Сушка влажных частиц, гранулирование порошка и нанесение на частицы функционального покрытия являются распространенными технологическими процессами в химической, пищевой и, прежде всего, в фармацевтической отраслях промышленности, в частности при изготовлении фармацевтических продуктов с покрытиями, у которых толщина и равномерность покрытия каждой частицы имеют решающее значение для обеспечения запланированного действия активного ингредиента, находящегося внутри продукта. Кроме того, при гранулировании наряду с узким гранулометрическим распределением предпочтительно обеспечить как можно более однородный химический состав гранул. Сушку влажного продукта предпочтительно выполнять как можно быстрее и с минимальными механическими повреждениями. Частота прохождения частиц через зону распыления грануляционного или покрывающего раствора существенно влияет на указанные выше показатели качества процессов гранулирования и покрытия. Разброс в частоте прохождения частиц через зону распыления раствора приводит к неравномерному покрытию частиц. Уменьшение этого разброса возможно обеспечить посредством направленного управляемого перемещения твердого материала в псевдоожиженном слое. К тому же при таком перемещении происходит более эффективный процесс сушки твердых частиц. Направленное по касательной или иначе перемещение материала и перемешивание его в технологической камере для сушки, гранулирования или покрытия в псевдоожиженном слое, как правило, обеспечено при специальном исполнении технологического газораспределительного диска. Существует несколько видов исполнений распределительных дисков, обеспечивающих управляемое направленное перемещение материала в псевдоожиженном слое.
Уровень техники
Такой диск с выступами или ребристый диск, описанный в патентном документе США №5,392,531 изготовлен из плоской пластины с отверстиями для прохода технологического воздуха или газа. С целью сведения к минимуму утечек материала через распределительный диск отверстия выполнены так, что в поперечном сечении в ортогональных проекциях их размер по возможности минимален или равен нулю. Способ выполнения таких отверстий неизбежно связан с появлением нежелательных мелких трещин или надрезов по краям материала, определяющего характер этих отверстий.
Дно устройства, описанного в патентном документе EP 0370167 A1, состоит из набора дисков, выступающих в радиальном направлении с круговым перекрыванием друг друга. Технологическая среда, как правило, технологический воздух, проходит через отверстия, образованные указанными перекрывающимися дисками у дна технологической камеры. Перекрывающиеся диски размещены приблизительно горизонтально под небольшим углом. В результате такого расположения дисков перемещение материала происходит по направлению к поверхности у дна камеры. При таком положении перекрывающихся дисков воздух проходит через диски в камере приблизительно горизонтально и по касательной. Следовательно, находящиеся в камере во взвешенном состоянии твердые частицы также перемещаются горизонтально и по касательной. Распыляющие сопла для нанесения покрывающих растворов предусмотрено устанавливать у дна в наборе дисков.
Недостатком такой распределительной панели является высокая стоимость изготовления. Другой проблемой является использование такого распределительного диска с большим диаметром. По мере удаления от центра ширина распределительных дисков возрастает до такой степени, что воздух, проходя через щели, ускоряет частицы, расположенные на периферии диска, меньше, чем частицы, находящиеся в зоне, близкой к центру диска. Решение указанной проблемы предусматривает увеличение щелей в зоне, близкой к периферии сушилки, за счет увеличения угла наклона дисков. При большем угле наклона дисков возрастает сопротивление потоку взвешенных частиц, в результате чего возрастает абразивный износ, что крайне нежелательно, в частности в фармацевтике. В патентном документе США №6,705,025 описан двумерный распределительный диск, в котором число и направление щелей обеспечивают значительное расширение возможностей изменения направления потока технологического воздуха, уменьшение абразивного износа материала и снижение стоимости изготовления.
Вследствие технологических трудностей при производстве такого распределительного диска имеются ограничения в отношении угла наклона щелей относительно плоскости распределительного диска. Поэтому периферийная горизонтальная скорость перемещающегося по кругу материала в камере также ограничена. Известно, что для уменьшения неравномерности толщины покрытия предпочтительно произвести большее число распылений покрывающего раствора на твердую частицу за меньший промежуток времени, а не наоборот, что возможно при большей скорости циркуляции материала в камере, поэтому указанный распределительный диск не представляет собой оптимальное решение для процесса покрытия.
В патентном документе США №6,898,869 описано устройство для обработки порошковых материалов, дно камеры которого выполнено из кольцеобразных перекрывающихся дисков со щелями между ними. Два радиальных, но противоположно направленных потока сталкиваются, благодаря перегородке, направляются вертикально вверх и сливаются в один поток. В зоне, где сталкиваются потоки, происходит распыление покрывающего материала с помощью специального сопла, которое принимает форму щели. Между перекрывающимися дисками помещены перегородки, обеспечивающие направленное управляемое перемещение материала. Зона, где сталкиваются противоположно направленные потоки, делит камеру на две части с равными площадями поверхности в горизонтальном сечении. Недостаток такой конфигурации состоит в том, что зона, где сталкиваются два потока или зона распыления покрывающего раствора, делит дно камеры на две части с равными площадями поверхности, в результате чего частицы, находящиеся на внешней стороне зоны распыления, имеют более высокую частоту прохождения через зону распыления по сравнению с частицами в центре камеры. Как известно, частота прохождения частиц через зону распыления покрывающего раствора влияет на ширину распределения равномерности толщины покрытия. Очевидно, что разброс в частоте прохождения частиц, проходящих с обеих сторон камеры через зону распыления покрывающего раствора, приводит к неравномерному покрытию частиц.
Раскрытие изобретения
Предложенное устройство успешно решает техническую проблему обеспечения качества продукта в процессе сушки, нанесения покрытия и гранулирования при работе с псевдоожиженным слоем. Для этого предлагается распределительный диск, предназначенный для использования в установках для обработки твердых частиц, содержащихся в газе, состоящий из нескольких верхних дисков 7 и нижних дисков 6, поверхности которых имеют в плане форму кольца, при этом каждый верхний диск 7 концентрически наложен внахлест на часть одного или двух нижних дисков 6. Между верхними дисками 7 и нижними дисками 6 размещены барьеры 13a, 13b, направляющие поток среды 9 таким образом, что этими барьерами 13a, 13b, совместно с дисками 6 и дисками 7, образованы многочисленные отверстия 16, предназначенные для прохождения среды 9 через этот элемент распределительного диска 3 так, что среда 9, поступающая из зон, закрытых внешним краем любого из верхних дисков 7, имеет тангенциальную составляющую скорости, противоположную тангенциальной составляющей скорости среды 9, поступающей из зоны, закрытой внутренним краем любого из верхних дисков 7.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 показывает вид в перспективе с поперечным сечением варианта осуществления изобретения по пункту 1;
Фиг.2 показывает подробный вид распределительного диска в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг.3 показывает вид с увеличением распределительного диска в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг.4 показывает вид в перспективе верхнего дика в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг.5 показывает вид сбоку и вид в поперечном сечении нижнего диска в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.6 показывает вид в перспективе и вид сбоку нижнего диска в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.7 показывает вид в перспективе и вид сбоку верхнего диска в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
В этом разделе показывается, как может быть осуществлено изобретение с реализацией указанного назначения путем приведения примеров и со ссылками на чертежи. В изобретении описана реализация распределительного диска, причем распределительный диск 3, предназначенный для использования в установках для обработки твердых частиц, содержащихся в газе, состоит из нескольких верхних дисков 7 и нижних дисков 6, поверхности которых имеют в плане форму кольца, при этом каждый верхний диск 7 концентрически наложен внахлест на часть одного или двух нижних дисков 6, и между верхними дисками 7 и нижними дисками 6 размещены барьеры 13a, 13b, направляющие поток среды 9 таким образом, что этими барьерами 13a, 13b, совместно с дисками 6 и дисками 7, образованы многочисленные отверстия 16, предназначенные для прохождения среды 9 через этот элемент распределительного диска 3 так, что среда 9, поступающая из зон, закрытых внешним краем любого из верхних дисков 7, имеет тангенциальную составляющую скорости, противоположную тангенциальной составляющей скорости среды 9, поступающей из зоны, закрытой внутренним краем любого из верхних дисков 7, обеспечивающего управляемое перемешивание материала в технологической камере так, что все частицы в процессе покрытия или гранулирования находятся в одинаковых условиях распыления, то есть все частицы имеют одинаковую скорость прохождения зоны распыления покрывающего раствора. Дополнительно, настоящее изобретение раскрывает варианты осуществления, в которых нижние диски 6 выполнены так, что их верхние поверхности 15a, 15b полностью или частично расположены под углом к горизонтальной плоскости, или верхние диски 7 выполнены так, что их верхние поверхности 14a, 14b полностью или частично расположены под углом к горизонтальной плоскости, или в части или во всей поверхности дисков 6 и 7 выполнена перфорация в виде небольших отверстий, или в части или во всей поверхности дисков 6 и 7 выполнена перфорация в виде щелей, или в диске имеются отверстия 8, предназначенные для распылительных сопел, или верхние диски 7 выполнены так, что их верхние поверхности 14a, 14b являются плоскими, или нижние диски 6 выполнены так, что их верхние поверхности 15a, 15b являются плоскими, или верхние диски 7 выполнены так, что их верхние поверхности 14a, 14b являются изогнутыми, или нижние диски 6 выполнены так, что их верхние поверхности 15a, 15b являются изогнутыми. Распределительная панель обеспечивает быстрое круговое перемещение материала в камере так, что происходит большее число распылений покрывающего раствора на твердые частицы в течение меньшего промежутка времени, а не наоборот. Это способствует повышению качества равномерного покрытия при использовании указанного устройства для нанесения технологического покрытия. Кроме того, реализация распределительного диска 3 исключает нежелательное просеивание с попаданием материала в нижнюю камеру, то есть в зону под распределительным диском. Предусмотрена возможность быстрого и недорогого изготовления такого распределительного диска на обычном оборудовании, в частности оборудовании для обработки листов из нержавеющей стали.
Газораспределительный диск 3, выполненный в соответствии с изобретением и описанный в этом документе, используют как неотъемлемую часть установок для сушки, гранулирования и покрытия твердых частиц или сыпучих материалов. Эти установки, как правило, состоят из верхней камеры, ограниченной стенкой 1 камеры, и нижней камеры, ограниченной стенкой 2 камеры, разделенных между собой распределительным диском 3. Среда 9, например технологический газ или технологический воздух, проходит в технологическую камеру через группу отверстий в дне технологической камеры, функции которого выполняет распределительный диск 3. Предложенный распределительный диск 3 состоит из отдельных частей, по форме представляющих собой по существу круговые кольца, выступающие в радиальном направлении, так что они наложены внахлест друг на друга в виде концентрических колец. Среда 9, например технологический газ, проходит в верхнюю часть технологической камеры через отверстия или щели 16, образованные между цельными кольцами в результате их наложения внахлест.
За исключением внутреннего и внешнего краев распределительного диска диски в форме колец установлены друг на друга внахлест так, что каждый из днищевых дисков 6, образующих в плане круговые кольца, накрыт диском 7 по внутреннему краю и диском 7 по внешнему краю. В пределах этой зоны наложения внахлест дисков 6 и 7, образующих в плане круговые кольца, которая ограничена двумя соседними круговыми кольцами, находятся барьеры 13a, 13b для направления потока 10 среды 9. Предусмотрена возможность того, что эти барьеры являются неотъемлемой частью верхних дисков 7 или нижних дисков 6. Поток 10 (12) среды 9 через зону наложения внахлест у внешнего края и поток 11 среды 9 через зону наложения внахлест у внутреннего края нижнего диска 7 направлены навстречу друг другу. Общее направление потока технологической среды на поверхности распределительного диска 3 или в технологической камере задано результирующим потоком, образованным обоими указанными потоками 10 (12) и 11. При соответствующем расположении барьеров 13a и 13b, направляющих потоки 10 (12) и 11 среды 9, возможно обеспечить по существу любое направление потоков 10 и 11 среды 9, а вместе с ними и соответствующее перемещение частиц в технологической камере. Верхняя часть 5 верхнего диска 7 выполнена в форме уголкового профиля для предотвращения скопления материала на поверхности диска 7 в процессе нанесения технологического покрытия. Поэтому самая высокая часть верхней поверхности 14a, 14b приходится на середину верхнего диска 7, а самая низкая - на внутренний и внешний края верхнего диска 7. Часть нижнего диска 6 в зоне, где нет перекрывания с верхними дисками 7, выполнена так, что самая высокая часть нижней поверхности 15a, 15b находится в зоне, где нет перекрывания с верхним диском 7, то есть в середине зоны на диске 6, в то время как самые низкие части находятся у внутреннего и внешнего краев, которые на плане определены зоной перекрывания нижних дисков 6 верхними дисками 7.
Для лучшего псевдоожижения материала на дисках 6 и/или 7, образующих распределительный диск 3, предусмотрена возможность выполнения дополнительной перфорации в виде маленьких отверстий, щелей или прорезей.
Сопла 4, обеспечивающие распыление растворов или дисперсии для покрытия или гранулирования сыпучих материалов, возможно устанавливать либо в отверстия 8 в распределительном диске 3, либо в стенку 1 верхней части камеры.
Для указанного распределительного диска предусмотрена возможность изготовления с использованием станочного оборудования, при этом процесс изготовления требует относительно небольшого времени и отличается простотой и низкой стоимостью.