АППАРАТ ОХЛАЖДЕНИЯ САХАРА-ПЕСКА С КИПЯЩИМ СЛОЕМ

Полезная модель относится к аппаратам охлаждения сахара-песка с кипящим (псевдоожиженным) слоем и предназначена для охлаждения в кипящем слое предварительно высушенного сахара-песка, а также его сушки в аварийном режиме работы с полной автоматизацией процесса.
Наиболее близким аналогом из уровня техники являются «Установки для сушки и охлаждения песка в кипящем слое», описанные: https://studopedia.ru/1_103160_ustanovki-dlya-sushki-i-ohlazhdeniya-peska-v-kipyashchem-sloe.html; опубл.: 25.01.2014. Сущность процесса сушки песка в кипящем слое заключается в следующем. Слой песка, лежащий на перфорированной решетке, продувается горячими топочными газами, имеющими температуру 500-700°С, в результате чего образуется «кипящий» слой песка. Благодаря большой скорости множества струй горячих топочных газов и обтеканию ими почти каждой песчинки, расположенный на решетке слой песка почти мгновенно высыхает. Сухие зерна песка «всплывают» кверху и через верх регулирующей заслонки перетекают в желоб, а сырые частицы и комья песка опускаются вниз к горячей решетке, к более горячим топочным газам. Попавшие на решетку комья сырого песка быстро переходят в кипящее состояние и поднимаются кверху, а мелкие камешки движутся по наклонной решетке и через зазор между решеткой и регулирующей заслонкой удаляются из кипящего слоя.
Установка работает непрерывно: по мере сушки и удаления сухого песка через желоб сырой песок добавляется через загрузочное отверстие.
Установка представляет собой сварной вертикальный барабан, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом, и состоит из трех камер. В камере сжигается газ, в камере топочные газы с температурой 1100-1200°С смешиваются (до температуры 400-800°С) с воздухом, поступающим через фурмы 10. Боковые стенки третьей камеры 13 (камера сушки) изготовляют из толстолистовой стали, а наклонную решетку - из жаростойкой стали. Суммарное проходное сечение отверстий в решетке диаметром 2,5-3 мм составляет 6-7% ее площади.
Для охлаждения песка рядом с установкой для сушки монтируют установку для его охлаждения.
Сухой и нагретый песок выходит из печи по желобу в охладительную камеру с дутьевым подом, наклонной решеткой и двухзонной регулирующей заслонкой такой же конструкции, как и в сушильной печи. Воздух для охлаждения песка подается в охладительную камеру вентилятором.
Производительность таких установок 8-10 т/ч, а производственной площади они занимают значительно меньше, чем барабанные сушила. Установки подобного типа нашли применение в технологическом процессе изготовления стержней по нагреваемой оснастке. Широкую известность получили установки для сушки и одновременного охлаждения песка другой конструкции. Принцип работы этих установок аналогичен принципу работы описанной выше установки в кипящем слое, а конструктивное исполнение иное. Вентилятор подает воздух в газовую или мазутную горелку и камеру смешения, где он несколько охлаждает топочные газы до 600-800°С. С этой температурой смесь воздуха и продуктов сгорания проходит через сопла сушильной решетки в камеру сушки. Песок, предназначенный для сушки, транспортируется в бункер сырого песка, из которого вибрационным питателем равномерно подается в камеру сушки. Производительность вибрационного питателя можно регулировать (в весьма широких пределах) либо изменением угла его наклона, либо изменением частоты и амплитуды вибратора. Просушенный в камере песок собирается в лотке сушила. При соответствующей массе автоматически открывается откидной клапан, и песок поступает на решетку охлаждающей камеры. Смесь воздуха и продуктов сгорания с температурой 50°С выбрасывается через циклон в атмосферу. В камере песок охлаждается воздухом, нагнетаемым вентилятором, и проходит через отверстия в решетке. Охлажденный до температуры 30°С песок через клапан-мигалку пересыпается на ленточный конвейер. Топка внутри выложена огнеупорным кирпичом. Сушильная решетка изготовлена из жаростойкой стали. Установка оборудована устройствами для автоматического измерения температуры газов при входе в камеру сушила, при выходе их из сушила и из охлаждающей камеры.
Главное преимущество этих установок - высокая эксплуатационная надежность и качество просушиваемого материала.
Технической проблемой установок, описанных в прототипе, является вентилируемая система охлаждения, никак не влияющая на удаление остаточной влажности продукта и мало препятствующая конденсации влаги на теплообменных поверхностях.
Задачей полезной модели является устранение указанного недостатка.
Техническим результатом полезной модели является увеличение коэффициентов теплообмена материала с теплообменными поверхностями аппарата, снижение остаточной влажности продукта и снижения вероятности конденсации влаги на теплообменных поверхностях в аппарате.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен аппарат охлаждения сахара-песка с кипящим слоем, состоящий из корпуса, выполненного из нержавеющей стали, содержащий установки сушки и охлаждения, сепаратор в виде комкоотделителя, транспортер, связанный с патрубком загрузки нагретого сахара в лоток охладителя, находящийся под газораспределительной решеткой, к которой подведен коллектор подачи и распределения охлаждающего воздуха от внешнего нагнетающего вентилятора высокого давления, патрубки отвода охлаждающего воздуха, связанные с внешним дымососом, отличающийся тем, что газораспределительная решетка выполнена непровальной с распределителями воздуха и жидкостными теплообменниками, вентилятор высокого давления установлен во внешнем блоке жидкостных охладителей, представляющих собой секции параллельных теплообменников, соединенных в замкнутую систему коллекторами с незамерзающей охлаждающей жидкостью и имеющих центробежный насос.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показана установка в изометрии.
На Фиг. 2 показана установка вид спереди.
На Фиг. 3 показана установка вид сзади.
На чертежах: 1 - корпус, 2 - коллектор отвода охлаждающей жидкости, 3 - коллектор подачи и распределения охлаждающего воздуха, 4 - патрубок подачи охлаждающей жидкости, 5 - патрубок загрузки нагретого сахара, 6 - патрубки отвода охлаждающего воздуха, 7 - жидкостные теплообменники, 8 - лоток, 9 - патрубок выгрузки охлажденного сахара.
Осуществление полезной модели
Аппарат охлаждения сахара-песка с кипящим слоем состоит из корпуса 1 (см. Фиг. 1-Фиг. 3), выполненного из нержавеющей стали, содержащего установки сушки и охлаждения, сепаратор в виде комкоотделителя, транспортер, связанный с патрубком загрузки нагретого сахара в лоток охладителя, находящийся под газораспределительной решеткой, к которой подведен коллектор подачи и распределения охлаждающего воздуха от внешнего нагнетающего вентилятора высокого давления, патрубки отвода охлаждающего воздуха, связанные с внешним дымососом.
Новым является то, что газораспределительная решетка выполнена непровальной с распределителями воздуха и жидкостными теплообменниками, вентилятор высокого давления установлен во внешнем блоке жидкостных охладителей, представляющих собой секции параллельных теплообменников 7, соединенных в замкнутую систему коллекторами с незамерзающей охлаждающей жидкостью и имеющих центробежный насос. Корпус 1 аппарата (см. Фиг. 1 - Фиг. 3) представляет собой объект прямоугольной формы, выполненный из нержавеющей стали, содержит специальную непровальную газораспределительную решетку с распределителями воздуха и жидкостными теплообменниками. Для охлаждения используется специальная незамерзающая охлаждающая жидкость и воздух.
В корпусе 1 имеются коллектор 2 отвода охлаждающей жидкости, коллектор 3 подачи и распределения охлаждающего воздуха, патрубок 4 подачи охлаждающей жидкости, патрубки 6 отвода охлаждающего воздуха.
В основу принципа действия охладителя положен принцип конвективного перекрестного теплообмена охлаждаемого материала с подготовленным охладительным агентом (воздухом) и внутренними жидкостными теплообменными поверхностями аппарата. С целью увеличения коэффициентов теплообмена материала с теплообменными поверхностями аппарата, а также удаления остаточной влажности продукта и снижения вероятности конденсации влаги на теплообменных поверхностях, в аппарате создается т.н. кипящий (псевдоожиженный) слой охлаждаемого материала. Принцип действия охладителя с кипящим слоем состоит в следующем. Исходный сахар-песок, высушенный и нагретый в сушильной установке, а также прошедший предварительную сепарацию в комкоотделителе с помощью цехового транспорта подается в патрубок загрузки нагретого сахара 5 охладителя кипящего слоя с теплообменными поверхностями.
В основу принципа действия охладителя положен принцип конвективного перекрестного теплообмена охлаждаемого материала с подготовленным охладительным агентом (воздухом) и внутренними водяными теплообменными поверхностями аппарата. С целью увеличения коэффициентов теплообмена материала с теплообменными поверхностями аппарата, а также удаления остаточной влажности продукта и снижения вероятности конденсации влаги на теплообменных поверхностях, в аппарате создается т.н. кипящий (псевдоожиженный) слой охлаждаемого материала. Принцип работы аппарата состоит в следующем.
В лотки 8 охладителя под газораспределительную решетку посредством коллектора подачи и распределения охлаждающего воздуха с помощью внешнего нагнетающего вентилятора высокого давления нагнетается охлажденный во внешнем блоке жидкостных охладителей до температуры 10-20°С воздух, выполняющий функции агента сушки, теплообмена, влагопереноса и ожижающего газа. Этот воздух посредством колпачков газораспределительной решетки равномерно распределяется по всей площади поперечного сечения аппарата на уровне решетки.
В корпус 1 аппарата через патрубок загрузки нагретого сахара 5 подается исходный нагретый материал. Для сохранения работоспособности аппарата, относительная влажность подаваемого материала не должна превышать 0,3%, материал не должен содержать включений крупнее 4 мм в количестве более 2%.
Газодинамические параметры аппарата рассчитаны таким образом, что частицы материала, попавшие в лоток аппарата, подхватываются потоком охлажденного воздуха, поступающего через газораспределительную решетку, и переходят во взвешенное состояние.
При этом скорость воздушного потока в струях, лотке и сечении корпуса аппарата выбираются таким образом, чтобы:
1) основная масса частиц материала, находясь во взвешенном состоянии, не покидала корпус аппарата вместе с отходящим воздухом;
2) механическому истиранию в процессе охлаждения и перемещения подвергалось минимальное количество продукта;
3) крупные частицы продукта, прошедшие комкоотделитель, сохраняли подвижность в зоне струй газораспределительных колпачков, перемещались в зону выгрузки и покидали аппарат.
Такое состояние материала называется псевдоожижением (кипением). В этом состоянии частицы материала интенсивно обмениваются теплом как с охлажденным агентом сушки, так и с теплообменными поверхностями, расположенными в лотке аппарата. В процессе такого теплообмена происходит интенсивное охлаждение частиц материала и их окончательная сушка в случае необходимости.
Еще одним свойством псевдоожиженного (кипящего) слоя является его сходство с жидкостью (отсюда и пошло его название), т.е. свойство занимать весь отведенный ему объем.
Таким образом, находясь в псевдоожиженном состоянии, частицы материала получают способность самостоятельно перемещаться отточки загрузки в аппарат к точке выгрузки. В процессе перемещения частиц материала в кипящем слое от точки загрузки к точке выгрузки и их теплообмена с охлаждающим агентом и теплообменными поверхностями, материал досушивается до заданной влажности и охлаждается до заданной температуры. Окончательная температура продукта на выходе из охладителя, а также повторяемость результата при изменении внешних условий (сезона) зависит от:
- количества охлаждающих агентов (жидкостного и воздушного), подаваемого в аппарат;
- температуры охлаждающих агентов (жидкости и воздуха);
- времени нахождения продукта в аппарате (мгновенной производительности). При этом, в процессе охлаждения продукта, сушильно-охладительный агент (воздух) нагревается до температуры 35-40°С, насыщается влагой, загрязняется мелкими частицами материала и покидает корпус сушильного аппарата через патрубки отвода охлаждающего воздуха, который в процессе работы должен находится под разрежением в -20÷-30 Па, создаваемым внешним дымососом. В дальнейшем этот воздух проходит технологическую и санитарную очистку от сахарной пыли во внешнем очистителе, и удаляется в атмосферу посредством вытяжного вентилятора.
Кроме того, в процессе перемещения частиц материала относительно труб жидкостных теплообменников 7 и теплообмена между частицами и поверхностью этих труб, в теплообменнике происходит нагрев охлаждающего теплоносителя. Для повышения эффективности теплообмена между жидкостным теплообменником и продуктом, теплообменник выполнен в виде параллельных взаимозаменяемых секций. Подача и отвод охлаждающей жидкости осуществляется посредством соответствующих коллекторов внешним центробежным насосом. Получаемый из охладителя подогретый теплоноситель, в качестве которого может быть использована вода, пропилен-гликолевая или иная смесь, охлаждается во внешнем теплообменнике технической водой из водопроводной системы предприятия или в холодильной машине.
Охлажденный и досушенный в аппарате продукт через патрубок 9 выгрузки охлажденного сахара подается в бункеры (силосы) готового продукта для предварительного хранения и фасовки.
Управление, коммутация и защита оборудования технологической линии производится из единого автоматизированного рабочего места оператора (АРМ).