КОНТАКТНАЯ БАРАБАННАЯ СУШИЛКА

Предлагаемое техническое решение относится к оборудованию для сушки твердых и твердообразных материалов и может найти применение в горноперерабатывающей, строительной, химической, нефтехимической, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах переработки вторичных твердых отходов.
Известны конструкции барабанных сушилок, состоящие из наклонно установленного вращающегося барабана, на который надеты два бандажа и зубчатый венец привода. На обоих концах барабана имеются камеры: одна -для ввода сушильного агента - газа или воздуха - и загрузки влажного материала, другая - для вывода сухого продукта и отвода отработанного сушильного агента. В зависимости от свойств высушиваемого материала применяют различные внутренние устройства барабана: в виде винтовых лопастей, наклонных или прямолинейных лопаток, дугообразной подъемно-лопастной насадки и т.д. (Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. - М.: Химия, 1970, С.187-188; Шаповалов Ю.Н., Шеин В.С. Машины и аппараты общехимического назначения. Учебное пособие. - Воронеж: Издательство Воронежского университета, 1982, С. 192-193; Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учеб. для вузов - изд. 14-е, стер. - М.: Альянс, 2008, С. 655-656; Тимонин А.С. Основы расчета и конструирования химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник, Т. 2. 2-е изд.- Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2002, С. 779-780; Тимонин А.С. Машины и аппараты химических производств. - Калуга: Ноосфера, 2014, С. 669, 670, 672).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невысокая интенсивность процесса сушки при высокой степени удаления влаги из высушиваемого материала.
Известна конструкция барабанной сушилки для сыпучих термочувствительных материалов, содержащая вращающийся корпус с встроенной насадкой с радиальными перегородками, расположенными в сушильном пространстве, сообщенной с системой подачи теплоносителя, загрузочные и разгрузочные устройства, установленные на противоположных сторонах корпуса, при этом насадка выполнена в виде сетчатых радиальных перегородок, соединенных в центре корпуса одним общим ребром и расположенных под углом 90° каждая последующая относительно предыдущей (патент на полезную модель РФ 50644 F26B 11/04, 2006).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невысокая интенсивность процесса сушки из-за недостаточной поверхности четырех сетчатых радиальных перегородок, из которых выполнена насадка, особенно при необходимости высокой степени удаления влаги из высушиваемого материала.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип, является контактная барабанная сушилка, включающая корпус, вращающийся барабан с приводом и элементами нагрева в сушильной полости, подводящую и отводящую течки для материала, канал для отвода паров воды, радиатор из металла высокой теплопроводности, причем ребра радиатора расположены по винтовой линии с образованием между ребрами винтовой сушильной полости, начало сушильной полости сообщено с течкой подводящего материала, а конец сушильной полости с отводящей течкой, а центральная часть барабана соединена с каналом для отвода паров воды, и между корпусом, выполненном с теплоизоляционным покрытием, и вращающимся барабаном смонтированы элементы нагрева, например в виде ТЭНов (авт.свидетельство №10448, F26B 11/04, 1999).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная интенсивность процесса сушки при высокой степени удаления влаги из высушиваемого материала из-за отсутствия контакта между элементами нагрева ТЭНов с вращающейся поверхностью барабана и передачей тепловой энергии от ТЭНов к вращающейся поверхности барабана через газовый (воздушный) сушильный агент, имеющий низкую теплопроводность. Кроме того, известная контактная барабанная сушилка сложна по конструкции.
Техническим результатом предлагаемой конструкции контактной барабанной сушилки является увеличение интенсивности процесса сушки при высокой степени удаления влаги из высушиваемого материала за счет создания контакта между поверхностью ТЭНов и поверхностью высушиваемого материала.
Технический результат достигается тем, что в контактной барабанной сушилке, включающей вращающийся барабан, на внутренней поверхности которого выполнены ребра радиатора, с приводом, сушильной полостью и элементами нагрева в виде ТЭНов, подводящую и отводящую течки для материала, при этом начало сушильной полости сообщено с подводящей течкой материала, а конец сушильной полости - с отводящей течкой, отличающейся тем, что ребра радиатора выполнены в виде пустотелых лопастей, на внутренних поверхностях которых закреплены плоские ТЭНы.
Выполнение ребер радиатора в виде пустотелых лопастей позволяет интенсивно перемешивать частицы или куски высушиваемого материала и равномерно распределять его по сечению барабана, а также его тесное соприкосновение при пересыпании с сушильным агентом (воздухом или дымовым и топочным газом). Это способствует интенсификации процесса сушки за счет высокой скорости конвективной теплопередачи от сушильного агента к высушиваемому материалу.
Кроме того, применение на разных участках барабана различной конструкции (винтовых, наклонных или прямолинейных) лопастей позволяет учитывать форму, размеры и свойства высушиваемого материала в зависимости от влажности (слипаемость) частиц, адгезии к материалу лопастей самого барабана, что предотвращает перегрев части объема высушиваемого материала и повышает качество сушки.
Выполнение лопастей пустотелыми и закрепление на их внутренних поверхностях плоских ТЭНов позволяет распространять поверхность контакта на внутренние поверхности лопастей и осуществлять контактную передачу тепловой энергии от ТЭНов к лопастям. Такое увеличение теплопередающей поверхности интенсифицирует теплоперенос от наружной поверхности лопастей к перемешиваемым ими высушиваемым материалам, а установка ленточных ТЭНов внутри пустотелых лопастей сберегает их от истирания и взаимодействия с частицами или кусками высушиваемого материала, так как внутренние поверхности лопастей не являются рабочими и подъем, и перемешивание высушиваемого материала в основном осуществляются на наружных поверхностях лопастей.
Таким образом, передача тепловой энергии от плоских ТЭНов к высушиваемому материалу осуществляется за счет контакта теплопередающей поверхности плоских ТЭНов и внутренних поверхностей пустотелых лопастей, от которых нагреваются за счет теплопроводности материалов пустотелых лопастей наружные их поверхности. А передача тепла от наружных поверхностей пустотелых лопастей к частицам или кускам высушиваемого материала осуществляется при контакте поверхностей частиц или кусков с нагретыми наружными поверхностями лопастей. Эта контактно-конвективная передача тепла от плоских ТЭНов к высушиваемому материалу и сушильному агенту интенсифицирует процесс сушки особенно, когда необходимо обеспечить высокую степень обезвоживания высушиваемого материала.
На фиг. 1 представлен в продольном разрезе общий вид предлагаемой конструкции контактной барабанной сушилки, на фиг. 2 - поперечный разрез барабана.
Контактная барабанная сушилка состоит из вращающегося барабана 1 с приводом 2 и сушильной полостью 3, подводящей течки 4 для влажного материала и отводящей течки 5 для высушиваемого материала. Барабан 1 установлен наклонно на опорных рамках 6 и опорно-упорных рамках 7. Труба 8 служит для подачи горячего сушильного агента (воздуха, дымовых или топочных газов) в камеру 9. Разгрузочное устройство 10 служит для выгрузки высушенного материала, регулирования его расхода из барабана 1 и является затвором для подаваемого в камеру 9 сушильного агента. Камера 11 служит для выхода отработанного сушильного агента и направления его в дымовую трубу через циклон (на фиг. 1 не показаны). На внутренней поверхности барабана 1 установлены пустотелые лопасти 12. Возможна секторная установка указанных лопастей различного типа (винтовых, наклонных или прямолинейных) в зоне загрузки, в центральной зоне и в зоне выгрузки по длине барабана 1. На внутренних поверхностях этих лопастей закреплены плоские ТЭНы 13.
Контактная барабанная сушилка работает следующим образом.
Влажный материал по течке 4 подают внутри барабана 1 на наружные поверхности пустотелых лопастей 12, а сушильный агент противотоком подают по трубе 8 в камеру 9, а из нее направляют в барабан 1. Включают привод 2, приводящий барабан 1 во вращение, а плоские ТЭНы 13 соединяют с источником тока. Тепловая энергия плоских ТЭНов передается поверхностям пустотелых лопастей 12, которые дополнительно нагреваются до температуры, превышающей температуру сушильного агента.
Так как барабан 1 установлен под наклоном, то высушиваемый материал поднимается пустотелыми лопастями 12 с плоскими ТЭНами из нижней части барабана 1 вверх, при этом дополнительно нагревается за счет контакта с горячими наружными поверхностями лопастей 12. В верхней части барабана 1 высушиваемый материал под действием силы тяжести сбрасывается вниз в сушильную полость 3, где взаимодействуя с движущимся потоком горячего сушильного агента, передает ему испаряющуюся влагу. Высушенный материал по отводящей течке 5 отводят наружу через разгрузочное устройство 10, а отработанный сушильный агент выводят из барабана 1 через камеру 11 в циклон и дымовую трубу.
Таким образом, выполнение ребер радиатора в виде пустотелых лопастей 12 и закрепление плоских ТЭНов 13 на их внутренних поверхностях позволяет помимо основного потока сушильного агента, участвующего в нагревании высушиваемого материала и удаления из него влаги, дополнительно нагревать высушиваемый материал на горячих наружных поверхностях пустотелых лопастей 12 с помощью плоских ТЭНов 13, закрепленных на внутренних поверхностях этих пустотелых лопастей 12. Это увеличивает интенсивность процесса сушки при высокой степени удаления влаги из высушиваемого материала. Последнее особенно важно в конце стадии сушки на выходе высушиваемого материала из барабана 1, когда скорость удаления остаточной влажности резко снижается. Добавочное нагревание высушиваемого материала, находящегося при вращении барабана 1, на наружных поверхностях пустотелых лопастей 12, способствует увеличению скорости испарения влаги, находящейся внутри частиц или кусков высушиваемого материала, за счет непосредственного контакта наружных теплопередающих поверхностей пустотелых лопастей 12 с поверхностью высушиваемого материала. Кроме того, тепловая энергия плоских ТЭНов дополнительно нагревает за счет теплопроводности внутреннюю стенку барабана 1 и сушильный агент за счет теплоотдачи, это также способствует интенсификации процесса сушки.
Предлагаемую конструкцию контактной барабанной сушилки можно реализовать в типовых промышленных барабанных сушилках. Для этого достаточно к внутренним поверхностям пустотелых лопастей 12 плотно прикрепить плоские ТЭНы. Плоские ТЭНы не дефицитны и изготовляются в промышленных масштабах. Например, компания «Форвард-Комплект» выпускает плоские ТЭНы типа ЭНП (электронагреватель плоский) различной ширины и длины по заявке заказчика (компания «Форвард-Комплект» [Электронный ресурс]. - [2014]. - Режим доступа: http://www.forkom.ru).