АППАРАТ ДЛЯ СУШКИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЗАКРУЧЕННОМ ПОТОКЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ С СВЧ-ЭНЕРГОПОДВОДОМ
DEVICE FOR DISPERSE MATERIAL DRYING IN SWIRLING FLOW OF HEAT CARRIER WITH UHF ENERGY SUPPLY

Изобретение относится к пищевой, химической и к смежным с ними отраслям промышленности и может быть использовано для проведения тепло- и массобменных процессов, а именно сушки дисперсных материалов.
Основными направлениями интенсификации и эффективности процессов тепломассообмена является совершенствование гидродинамической обстановки в сушильных аппаратах взвешенного слоя, а также применение комбинированного энергоподвода как одного из прогрессивных методов интенсификации процесса сушки. В настоящее время все большее применение в промышленности получают способы сушки, основанные на применении СВЧ-энергоподвода.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности к достигаемому результату является сушилка с регулируемым закрученным потоком теплоносителя [Патент РФ №2480693, F26B 17/10, опубл. 27.04.2013 в бюл. №12], содержащая сушильную камеру с окном для вывода смеси отработанного теплоносителя и высушенного материала, расположенным в верхней части сушильной камеры, с тангенциально установленным патрубком для подвода тангенциального потока теплоносителя, патрубком для подачи влажного дисперсного материала и патрубком для подвода осевого потока теплоносителя, выполненным по оси камеры в ее нижней части, сушилка снабжена решеткой, предназначенной для удерживания материала в случае остановки сушилки. В нижней части патрубка для подачи осевого потока теплоносителя расположен завихритель, а в его верхней части тангенциально установлен патрубок для подвода дополнительного потока теплоносителя.
Известная конструкция имеет ряд существенных недостатков:
- недостаточно высокое качество готового продукта;
- недостаточно высокая интенсивность процесса сушки;
- трудность загрузки дисперсного материала;
- относительно высокие энергозатраты;
- возможность образования завалов дисперсного материала при загрузке влажного материала.
Технической задачей изобретения является повышение качества высушиваемого дисперсного материала за счет применения «щадящего» режима сушки, интенсификация процесса тепломассообмена за счет применения комбинированного энергоподвода, обеспечение равномерности закручивания, упрощение загрузки дисперсного материала, снижение себестоимости готового продукта.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в аппарате для сушки дисперсных материалов в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом, содержащим цилиндроконическую сушильную камеру с окном для вывода смеси отработанного теплоносителя и высушенного дисперсного материала, расположенным в верхней части сушильной камеры, с тангенциально установленным патрубком для подвода тангенциального потока теплоносителя, патрубком для подачи влажного дисперсного материала и патрубком для подвода осевого потока теплоносителя, выполненным по оси камеры в ее нижней части и концентрично установленным в нем завихрителем и снабженным решеткой для удержания продукта в случае остановки сушилки, новым является то, что патрубок для подачи влажного дисперсного материала установлен в устройстве, выполненном в виде улитки, расположенном в нижней части цилиндроконической сушильной камеры, а над цилиндрической частью цилиндроконической сушильной камеры концентрично установлен СВЧ-излучатель (магнетрон) таким образом, чтобы наибольшая плотность потока электромагнитной энергии была сосредоточена в зоне вращающегося кольцевого слоя высушиваемых частиц дисперсного материала.
Технический результат заключается в повышении качества высушиваемого дисперсного материала за счет применения «щадящего» режима сушки, интенсификации процесса тепломассообмена за счет применения комбинированного энергоподвода, обеспечении равномерности закручивания, упрощении загрузки дисперсного материала, снижении себестоимости готового продукта.
На фиг. 1, 2 изображен общий вид аппарата для сушки дисперсных материалов в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом; фиг. 3 - вид А аппарата.
Аппарат для сушки дисперсных материалов в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом (фиг. 1, 2) состоит из цилиндроконической сушильной камеры 1, в нижней части которой установлено устройство, выполненное в виде улитки 2, снабженное питателем 3, патрубком 4 подачи тангенциального потока теплоносителя и разгонным участком 5 для получения газовзвеси, патрубком 6 для подвода осевого потока теплоносителя, выполненным по оси камеры и концентрично установленным в нем завихрителем 7. Над завихрителем установлена решетка 8. Цилиндрическая часть 9 цилиндроконической сушильной камеры 1 содержит окно 10 и патрубок 11 для вывода высушенного материала и отработанного теплоносителя. Над цилиндрической частью 9 концентрично установлен СВЧ-излучатель (магнетрон) 12 таким образом, чтобы наибольшая плотность потока электромагнитной энергии была сосредоточена в зоне вращающегося кольцевого слоя высушиваемых частиц дисперсного материала.
Удерживающая решетка 8 предназначена для предотвращения попадания частиц дисперсного материала в воздуховод в случае экстренной остановки аппарата.
Траектории закрученных потоков теплоносителя, образованные подводом осевого и тангенциального потоков, показаны линиями 13.
Сушка влажного дисперсного материала осуществляется в три этапа.
Аппарат для сушки дисперсных материалов в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом работает следующим образом.
Влажный дисперсный материал питателем 3 (фиг. 1, 2) подается в разгонный участок 5. Одновременно через патрубок 4 подачи тангенциального потока теплоносителя в него подается горячий теплоноситель. В результате этого происходит образование газовзвеси, при этом происходит прогрев влажного дисперсного материала и, таким образом, происходит I этап сушки.
Затем газовзвесь поступает в улитку 2, куда также через патрубок 6 подвода осевого потока теплоносителя поступает горячий теплоноситель. Помимо этого улитка 2 снабжена завихрителем 7, который докручивает основной поток теплоносителя до нужной интенсивности закрутки. Теплоноситель вместе с частицами дисперсного материала начинает совершать сложное циркуляционное движение вдоль окружности аппарата, увеличивая при этом свою скорость. Тангенциальная скорость частиц дисперсного материала обуславливает возникновение центробежной силы, которая отбрасывает частицы дисперсного материала от центра сушильной камеры к ее стенкам, образуя закрученный слой, представляющий собой вращающееся кольцо. При этом процесс сушки протекает при высоких относительных скоростях частиц дисперсного материала и теплоносителя, таким образом осуществляется II этап сушки.
Осевая составляющая скорости закрученного потока по высоте цилиндроконической сушильной камеры 1 падает, скорость витания дисперсного материала по мере его высыхания уменьшается.
За счет этого дисперсный материал по мере его высыхания поднимается в цилиндрическую часть 9 цилиндроконической сушильной камеры 1, где происходит интенсификация тепломассобмена в процессе сушки за счет воздействия СВЧ-энергии на частицы дисперсного материала, что обеспечивает III этап процесса сушки.
Подвод СВЧ-энергии к частицам дисперсного материала обеспечивается СВЧ-излучателем (магнетроном) 12, концентрично установленным таким образом, чтобы наибольшая плотность потока электромагнитной энергии была сосредоточена в зоне вращающегося кольцевого слоя высушиваемых частиц дисперсного материала.
В процессе сушки более влажные частицы дисперсного материала под воздействием СВЧ-энергии нагреваются более интенсивно, чем частицы, имеющие меньшую влажность, таким образом, происходит выравнивание влажности дисперсного материала. Поэтому температура теплоносителя может быть снижена на 20…40°С, чем в случае только конвективного подвода тепловой энергии. Вследствие концентричной установки СВЧ-излучателя (магнетрона) 12 обеспечивается равномерное распределение СВЧ-поля в цилиндрической части 9 цилиндроконической сушильной камеры 1.
Суммарный расход теплоносителя подбирается таким образом, чтобы, достигнув необходимой влажности, смесь высушенного дисперсного материала и отработанного теплоносителя удалялась из цилиндроконической сушильной камеры 1 через окно 10 и патрубок 11 для вывода высушенного материала и отработанного теплоносителя. Конечная влажность высушенного дисперсного материала регулируется скоростью осевого и тангенциального потоков теплоносителя. За счет изменения тангенциальной составляющей потока теплоносителя можно добиться максимальной равномерности закручивания потока дисперсного материала и теплоносителя, а меняя осевую составляющую потока теплоносителя, можно регулировать время пребывания дисперсного материала в цилиндроконической сушильной камере 1, тем самым значительно интенсифицировать тепломассообменные процессы при прочих равных параметрах сушки.
В случае экстренной остановки аппарата дисперсный материал задерживается на решетке 8.
Таким образом, предлагаемый аппарат для сушки дисперсных материалов в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом позволяет:
- снизить энергозатраты, интенсифицировать процесс сушки, повысить производительность за счет использования комбинированного конвективно-высокочастотного подвода теплоты;
- обеспечить закономерное закрученное движение частиц высушиваемого дисперсного материала за счет обеспечения стабильной гидродинамической обстановки в цилиндроконической сушильной камере;
- повысить качество конечного продукта за счет обеспечения «щадящего» режима трехстадийного процесса сушки дисперсного материала;
- обеспечить прогрев дисперсного материала и организовать стабильный режим работы устройства за счет наличия питателя и разгонного участка, позволяющего получить газовзвесь непосредственно перед входом в цилиндроконическую сушильную камеру;
- снизить себестоимость готового продукта;
- использовать аппарат во всех отраслях промышленности, где необходима сушка дисперсных материалов, и для всех видов дисперсных материалов за счет его универсальности.