ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШИЛКИ
HEAT EXCHANGER FOR ATOMISING DRIER

Изобретение относится к сушильной технике, в частности к установкам для сушки растворов и суспензий, и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известен кожухотрубный теплообменный аппарат по патенту РФ №2306514, F28D 7/00, содержащий распределительную камеру с крышкой, соединенную с кожухом, теплообменные трубы, соединенные перегородками с сегментными вырезами, линзовый компенсатор и штуцера для межтрубного и трубного пространства (прототип).
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является распылительная сушилка для сушки растворов по патенту РФ №2337288, F26B 17/10, содержащая сушильную камеру с газоподводящим коробом и форсунку (прототип).
Недостатком известного теплообменного аппарата является сравнительно невысокая эффективность его работы, а также высокая стоимость изготовления и эксплуатации. Недостаток известных сушильных установок заключается в том, что при подаче исходного материала (раствора, суспензии) через форсунку не удается достигнуть равномерной сушки исходного материала и имеет место налипание высушиваемого материала на стенки сушильной камеры.
Технический результат - повышение эффективности и экономичности работы теплообменного аппарата и повышение производительности работы сушилки.
Это достигается тем, что в теплообменном аппарате для распылительной сушилки, содержащий топку, корпус сушилки с распылителем, теплообменные трубы, теплообменный аппарат выполнен в виде продольно оребренной трубы и соединенной с ней оребренной трубы, находящейся в смесительной камере топки, при этом труба, выходя из топки, переходит в кожухотрубчатый теплообменник, верхняя часть которого состоит из корпуса в виде выходящих из трубы трех наклонных под углом 15° труб, переходящих в горизонтальные трубы, на каждом конце которых расположено по розетке, а из каждой розетки выходит по семь трубок одинакового диаметра, причем стенки корпуса теплоизолированы теплоизоляционным материалом, например пенофолом, а корпус имеет три патрубка для ввода и вывода обогреваемого раствора и патрубок для опорожнения емкости, при этом аппарат оснащен манометром, предохранительным клапаном и краном для залива теплоносителя и имеет линию компенсации избыточного давления для теплоизоляции теплоизоляционным материалом, например пенофолом, а корпус имеет три патрубка для ввода и вывода обогреваемого раствора и патрубок для опорожнения емкости, при этом аппарат оснащен манометром, предохранительным клапаном и краном для залива теплоносителя и имеет линию компенсации избыточного давления для залива теплоносителя при работающем аппарате, которая оснащена вентилем, кроме того, в аппарате имеется обратная линия циркуляционного контура и расширитель с патрубком, а распылитель сушилки содержит полый корпус, который состоит из цилиндрической части с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода, подводящего жидкость, конической переходной части и цилиндрической части с большим размером диаметрального сечения и с внутренней резьбовой поверхностью, а соосно корпусу, в его нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью с внешней резьбой, взаимодействующей с цилиндрической частью корпуса, при этом цилиндрическая поверхность сопла переходит в коническую поверхность и замыкается торцевой, перпендикулярной оси корпуса, глухой перегородкой, с жиклером в ее центре, выполненным осесимметричным соплу и состоящим из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, соединенных последовательно, причем больший диаметр конического отверстия расположен на глухой перегородке сопла, при этом корпус и сопло образуют три соосные между собой внутренние цилиндрические камеры, а на сопле, со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен дополнительный ряд жиклеров, которые образованы, по крайней мере, тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов для прохода жидкости и горизонтальных каналов, которые пересекаются на конической боковой поверхности сопла и образуют выходные отверстия каждого из жиклера, при этом парные каналы расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса, а коническая боковая поверхность сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°.
На фиг.1 изображен общий вид теплообменного аппарата, на фиг.2 представлен разрез Б-Б фиг.1 - нижней части аппарата, зоны нагрева и испарения, на фиг.3 - схема распылительной сушилки, на фиг.4 - схема мелкодисперсного распылителя жидкости для сушилки.
Распылительная сушилка (фиг.3) содержит цилиндрическую сушильную камеру с нижним подводом теплоносителя 25, который подается из топки 19 вентилятором (на чертеже не показано) по воздуховоду 22, причем на днище камеры размещено скребковое устройство 26 для отгрузки готового продукта. Топка 19 сушилки содержит вмонтированный внутрь нее теплообменный аппарат 20, в который поступает для предварительного подогрева исходный раствор из емкости 21, который затем поступает по каналу 23 из теплообменного аппарата 20 в распылитель 24.
Мелкодисперсный распылитель жидкости (фиг.4) содержит полый корпус, состоящий из цилиндрической части 27 с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости, конической переходной части 28 и цилиндрической части 29 с большим размером диаметрального сечения, с внутренней резьбовой поверхностью.
Соосно корпусу, в его нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью 32 с внешней резьбой, взаимодействующей с цилиндрической частью 29 корпуса. Цилиндрическая поверхность 32 сопла переходит в коническую поверхность 30 и замыкается торцевой, перпендикулярной оси корпуса, глухой перегородкой 31 с жиклером 36 в ее центре, выполненным осесимметричным соплу и состоящим из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, соединенных последовательно, причем больший диаметр конического отверстия расположен на глухой перегородке 31 сопла.
Корпус и сопло образуют три соосные между собой внутренние цилиндрические камеры. Камера 33 служит для подвода жидкости, камера 34 является расширительной камерой, камера 35 выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления.
На сопле со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен дополнительный ряд жиклеров, которые образованы, по крайней мере, тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов 38 для прохода жидкости и горизонтальных каналов 37, которые пересекаются на конической боковой поверхности 30 сопла и образуют выходные отверстия каждого из жиклера. При этом вертикальные каналы 38 соединены с полостью расширительной камеры 34, а горизонтальные каналы 37 - с полостью нагнетательной камеры 9. Парные каналы 37 и 38 расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса. Коническая боковая поверхность 30 сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°.
Теплообменный аппарат (фиг.1 и 2), являясь герметично закрытым теплообменником, состоит из продольно оребренной трубы 1 и соединенной с ней такой же трубы 2, находящихся в смесительной камере топки 14. Труба 1, выходя из топки 14, переходит в аналог кожухотрубчатого теплообменника. Верхняя часть теплообменника состоит из корпуса 7, выходящих из трубы 1 трех наклонных (15°) труб 3, переходящих в горизонтальные трубы 4, на каждом конце которых расположено по розетке 5. Благодаря тому, что трубы 3 расположены под наклоном, не создается застойных зон конденсата. Из каждой из семи розеток выходит по семь трубок 6 одинакового диаметра. Стенки корпуса 7 теплоизолированы теплоизоляционным материалом 15, например пенофолом. Корпус теплообменника имеет три патрубка 11, 12, 13 для ввода и вывода обогреваемого раствора и патрубок 14 для опорожнения емкости. Теплообменник оснащен манометром 8, предохранительным клапаном 9 и краном для залива теплоносителя 10. Также теплообменник имеет линию компенсации избыточного давления 17 для залива теплоносителя при работающем аппарате. Линия 17 оснащена вентилем 18. Конструкция верхней части теплообменника позволяет равномерно обогревать раствор, не прибегая к принудительному перемешиванию. Раствор непрерывно поступает в корпус теплообменника через патрубок 12 и далее либо отбирается в процесс через патрубок 13, либо возвращается в обратную линию циркуляционного контура через расширитель 16 и патрубок 11.
Теплообменный аппарат работает следующим образом.
Находящаяся в топке 19 распылительной сушилки часть теплообменника заполняется водой выше нижнего врезного патрубка таким образом, чтобы труба 2 работала на испарение воды, а не на перегрев пара. Под действием высоких температур (около 600°С) в смесительной камере топки жидкость нагревается, закипает и превращается в пар (испаряется). При этом она поглощает большое количество теплоты (теплота преобразования), которое переносится паром к другому более холодному концу теплообменника, где пар конденсируется и отдает поглощенную теплоту, обогревая раствор. Далее сконденсированная жидкость опять возвращается в зону испарения. Благодаря тому, что трубы 3 расположены под наклоном, не создается застойных зон конденсата. Конструкция верхней части теплообменника позволяет равномерно обогревать раствор, не прибегая к принудительному перемешиванию. Раствор непрерывно поступает в корпус теплообменника через патрубок 12 и далее либо отбирается в процесс через патрубок 13, либо возвращается в обратную линию циркуляционного контура через расширитель 16 и патрубок 11.
Теплообменный аппарат представляет собой аппарат, совмещающий в себе собственно герметично закрытый теплообменник, аналог тепловой трубы, заполняемый дистиллированной водой, и емкость для нагрева рабочих растворов до температуры кипения, работающую в проточном режиме. Отличительной особенностью данного теплообменника является то, что он перекрывает основной поток газа лишь на 3%, тем самым не создавая ощутимых препятствий для прохождения газа в сушилку и не влияя на расход газа.
Распылитель устанавливается в рабочее состояние в вертикальном положении. При подаче жидкости в корпус под действием перепада давления 0,4…0,8 МПа в каналах 37 и 38 образуются встречные потоки жидкости, устремляющиеся к выходным отверстиям жиклеров, образованных этими каналами.
После столкновения потоков жидкости в каналах 37 и 38 и истечения через выходные отверстия жиклеров происходит образование веерообразного газожидкостного потока в виде пелены, т.е. реализуется механизм дробления капель жидкости, но генерируемый пеленообразный поток отклоняется от горизонтальной плоскости на больший угол, в диапазоне от 45 до 60°, в направлении к центральной области орошаемой поверхности, расположенной непосредственно под жиклером 36 в глухой перегородке 31 распылителя. Такое распределение распыляемой жидкости позволяет повысить равномерность распыления жидкости над центральной частью орошаемой поверхности.
Предлагаемый мелкодисперсный распылитель может использоваться в устройствах химической технологии и в теплоэнергетике - для распыления топлива, а также в отраслях техники, где требуется генерация распыленных мелкодисперсных потоков жидкости как в замкнутом, так и в открытом пространстве.
В рабочем режиме установки температурный напор в нижней части теплообменника составляет 460÷480°С, в верхней части - 50÷60°C. Производительность по теплопереносу составляет 70000÷80000 ккал/час.