УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУШКИ ВЫСОКОВЛАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR DRYING HIGH-MOISTURE CONTENT MATERIALS

Изобретение относится к устройствам для сушки высоковлажных материалов, в частности пероксидных соединений щелочных и щелочноземельных металлов.
Известно устройство для сушки высоковлажных материалов по авт.св. СССР N 1513352, МПК F26B 3/30, 1989 г. Устройство включает сушильную камеру, в которой установлен поддон для высушиваемого материала, в верхней и нижней панелях камеры размещены инфракрасные излучатели. Камера снабжена устройством для подачи сушильного агента и устройством для его перемешивания. Сушка продукта в таком устройстве осуществляется в два этапа с регулированием интенсивности облучения.
Недостатком известного устройства является невозможность стабилизации температуры в сушильном объеме из-за невозможности подвода тепла к высушиваемому материалу со стороны поддона.
Известно также устройство для сушки высоковлажных материалов, включающее сушильную камеру, в которой установлен сетчатый поддон с высушиваемым материалом, инфракрасный излучатель, размещенный на верхней стенке камеры, систему подачи сушильного агента. Боковые стенки сушильной камеры, а также установленный под поддоном противень-отражатель имеют зеркально-отражательную поверхность. В сушильной камере над поддоном с материалом установлен датчик температуры, соединенный с блоком автоматического регулирования, а блок автоматического регулирования соединен с задатчиком критической температуры нагрева. Сушка материала в таком устройстве осуществляется за счет облучения прямыми и отраженными инфракрасными лучами, при этом регулирование процесса сушки обеспечивается настройкой температурного режима путем соответствующего переключения инфракрасных излучателей и изменения расстояния между поддоном и инфракрасными излучателями. Переключение инфракрасных излучателей осуществляется при достижении критической для конкретного материала температуры. Такое конструктивное выполнение устройства позволяет снизить энергоемкость процесса сушки за счет использования отражения инфракрасных лучей (патент РФ №2163992, МПК 7 F26B 3/30, 3/28, 2001 г.).
Однако известное устройство не позволяет создать равномерное температурное поле в массе высушиваемого материала, поскольку перемещение инфракрасных излучателей происходит только в вертикальной плоскости и от общего привода. Кроме того, при сушке высоковлажных и термически нестабильных химических продуктов, таких как пероксидные соединения щелочных и щелочноземельных металлов, известное устройство не может обеспечить необходимую скорость удаления влаги из-за несовершенства систем нагрева и удаления выделяющихся паров воды.
Наиболее близким к изобретению является устройство для сушки высоковлажных материалов по патенту РФ №2293264, МПК 7 F26B 3/30, 3/2, 2007 г. Устройство содержит сушильную камеру, выполненную в виде поддона и крышки, и инфракрасный излучатель. Поддон и инфракрасный излучатель установлены на раме по разные стороны от неподвижно закрепленной на раме крышки из оптически прозрачного материала с возможностью перемещения относительно нее. В поддоне сушильной камеры установлен теплообменник. Поддон установлен с возможностью поворота относительно крышки и соединен с линией вакуумирования и линией подачи нейтрального газа. На теплообменнике установлены профилирующие пластины, и он соединен с циркуляционным насосом. Между теплообменником и входом в насос установлен холодильник, а между выходом из насоса и теплообменником установлен нагреватель.
Однако известное устройство не обеспечивает достаточную производительность сушки, поскольку в этой конструкции невозможно обеспечить требуемую скорость отвода паров воды из сушильной камеры и предотвратить рассеивание инфракрасного излучения, а следовательно, теплового потока в окружающее пространство. При этом существенно снижается интенсивность нагрева высушиваемого материала.
Задачей изобретения является повышение эффективности процесса сушки.
Техническим результатом изобретения является повышение производительности устройства для сушки высоковлажных материалов.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для сушки высоковлажных материалов, включающем сушильную камеру, состоящую из поддона и крышки, инфракрасный излучатель и линию вакуумирования, соединенную с сушильной камерой, инфракрасный излучатель установлен на отражателе, закрепленном на внутренней поверхности крышки, в линии вакуумирования установлены адсорберы, а на внешних поверхностях поддона и крышки сушильной камеры установлены рубашки охлаждения.
В нижней части поддона расположен желоб, подсоединенный штуцерами к линии вакуумирования, и поддон соединен с линией подачи нейтрального газа.
Адсорберы снабжены нагревателями и соединены с линией подачи горячего воздуха.
Крышка сушильной камеры шарнирно закреплена на поддоне и снабжена противовесом.
Рубашки охлаждения соединены с атмосферой и системой автоматического сброса воды в виде сливной воронки.
Инфракрасные излучатели снабжены измерителями температуры и соединены с источником питания через регуляторы напряжения.
Установка в линии вакуумирования адсорберов, монтаж инфракрасных излучателей на отражателе, закрепленном на внутренней поверхности крышки, и установка на внешних поверхностях поддона и крышки сушильной камеры рубашек охлаждения обеспечивают повышение производительности за счет:
- интенсивного поглощения паров воды адсорбером. Поскольку скорость откачки обычным вакуумным насосом в десятки раз менее производительна, чем скорость поглощения паров воды адсорбером, то роль вакуумного насоса сводится к созданию в сушильной камере вакуума, при котором пары воды с большей скоростью диффундируют в адсорберы;
- уменьшения рассеивания инфракрасного излучения, а следовательно, теплового потока в окружающее пространство за счет применения отражателя;
- достижения более эффективного нагрева высушиваемого материала, так как в начале сушки высушиваемый продукт оптически прозрачен, это обеспечивает прогрев материала на всю толщину;
- избирательного поглощения инфракрасного излучения парами воды;
- сокращения продолжительности разогрева и охлаждения сушильной камеры и самого материала, подвергаемого сушке.
Размещение в нижней части поддона желоба, подсоединенного штуцерами к линии вакуумирования, и соединение поддона с линией подачи нейтрального газа обеспечивают повышение скорости откачки.
Снабжение адсорберов нагревателями и соединение их с линией подачи горячего воздуха обеспечивают сокращение продолжительности регенерации адсорбента.
Закрепление крышки сушильной камеры шарнирно на поддоне и снабжение ее противовесом обеспечивают удобство открывания сушильной камеры при загрузке высушиваемого продукта и его выгрузке после окончания процесса сушки.
Соединение рубашек охлаждения крышки и поддона сушильной камеры с атмосферой и системой автоматического сброса воды в виде сливной воронки обеспечивает отсутствие воды в рубашках охлаждения после окончания процесса сушки, что исключает потери тепла на разогрев воды во время сушки.
Снабжение инфракрасных излучателей измерителями температуры и соединение их с источником питания через регуляторы напряжения обеспечивают дозированную подачу тепла на высушиваемый продукт, что особенно важно при сушке материалов, разлагающихся при перегреве.
На представленных чертежах показана конструкция устройства, где:
фиг.1 - принципиальная схема установки;
фиг.2 - общий вид сушильной камеры в рабочем положении, поперечный разрез;
фиг.3 - поддон сушильной камеры (сечение по Б-Б, фиг.2);
фиг.4 - сушильная камера в момент загрузки и выгрузки материала;
фиг.5 - вид крышки сушильной камеры изнутри (вид по стрелке А, фиг.4);
фиг.6 - вид установки спереди, показано соединение сушильной камеры с адсорберами;
фиг.7 - вид поддона сушильной камеры сверху со снятыми профилирующими пластинами (вид по стрелке Б, фиг.4);
фиг.8 - то же, что на фиг.7 в рабочем положении с установленными профилирующими пластинами и высушиваемым материалом;
фиг.9 - поперечное сечение адсорберов;
фиг.10 - вид крышки сушильной камеры сверху, положение запорного органа при подаче охлаждающей воды (вид по стрелке В, фиг.2);
фиг.11 - вид поддона сушильной камеры снизу, положение запорного органа при прекращении подачи охлаждающей воды (вид по стрелке Г, фиг.2).
Перечень позиций:
1 - сушильная камера;
2(1), 2(2), 2(3) - адсорберы;
3 - клапан;
4 - клапан;
5 - насос вакуумный;
6 - вакуумметр;
7 - вентиль;
8 - компрессор:
9 - манометр:
10 - подогреватель воздуха;
11 - вентиль сброса;
12 - патрубок подачи воды;
13 - патрубок сброса воды;
14 - вентиль напуска;
15 - мановакуумметр;
16 - поддон;
17 - желоб;
18 - патрубок;
19 - фланец;
20 - крышка;
21 - отражатель;
22 - ИК-излучатель;
23 - шарнир;
24 - противовес;
25 - пластина профилирующая;
26 - материал, подвергаемый сушке;
27 - решетка опорная;
28 - штуцеры опорной решетки;
29 - нагреватель;
30 - патрубок;
31 - сетчатая стенка;
32 - патрубок;
33 - рубашка охлаждения;
34 - воронка сливная системы охлаждения;
35 - трехходовой кран системы охлаждения.
Устройство для сушки высоковлажных материалов содержит, как показано на фиг.1, сушильную камеру 1, соединенную с адсорберами 2(1), 2(2), 2(3) через клапаны 3. Вторые патрубки адсорберов 2(1), 2(2), 2(3) через клапаны 4 с вакуумным насосом 5, соединенным с вакуумметром 6. Адсорберы 2(1), 2(2), 2(3) через вентили 7 соединены с компрессором 8, снабженным манометром 9 и подогревателем воздуха 10. Между адсорберами 2(1), 2(2), 2(3) и сушильной камерой 1 в линии вентиляции установлены вентили сброса 11. Сушильная камера 1 соединена патрубками подачи воды 12 с водопроводной линией и патрубками сброса воды 13 с канализацией. На сушильной камере 1 установлены вентиль напуска 14 и мановакуумметр 15. Сушильная камера 1 содержит поддон 16, в нижней части которого выполнено продольное углубление в виде желоба 17, к которому приварены патрубки 18 для соединения с адсорберами 2(1), 2(2), 2(3). На боковой поверхности поддона 16 приварен фланец 19, на котором устанавливается крышка 20, внутри нее закреплен отражатель 21 с прикрепленными на нем инфракрасными излучателями 22 типа Т фирмы Эльштайн со встроенными термопреобразователями, снабженными измерителями температуры и соединенными с источником питания через регуляторы напряжения (не показаны). Крышка 20 закреплена на поддоне 16 посредством шарнира 23 и снабжена противовесом 24. Внутри поддона установлены профилирующие пластины 25 с материалом 26, подвергаемым сушке. Пластины 25 размещены на опорной решетке 27, выполненной из труб в виде плоского змеевика, штуцеры 28 которого выведены за пределы поддона 16. В адсорберах 2(1), 2(2), 2(3) установлены инфракрасные нагреватели 29. Адсорберы 2(1), 2(2), 2(3) патрубками 30 подсоединены к сушильной камере. Внутри адсорберов установлены сетчатые стенки 31, между которыми помещен адсорбент. Для соединения с системой вакуумирования адсорберы содержат патрубки 32, расположенные на противоположных сторонах относительно патрубков 31 адсорберов 2(1), 2(2), 2(3). На внешней поверхности поддона 16 и крышки 20 помещены рубашки охлаждения 33, соединенные с воронками 34 сливной части системы охлаждения и трехходовыми кранами 35 подачи воды и воздуха в систему охлаждения.
Устройство работает следующим образом.
Подвергаемый сушке материал 26 укладывается на профилирующие пластины 25, которые помещаются на опорную решетку 27 сушильной камеры 1, находящейся в открытом положении (как показано на фиг.4). К опорной решетке 27 может подводиться теплоноситель через штуцеры 28, обеспечивая быстрый разогрев материала 26 и профилирующих пластин 25.
Крышка от самопроизвольного опускания удерживается противовесом 24. Сушильная камера 1 герметизируется путем поворота крышки 20 в шарнире 23 до смыкания ее с уплотнением на фланце 19 поддона 16. Вакуумным насосом 5 через клапан 4, через клапаны 3 одного из адсорберов 2(1), 2(2), 2(3), патрубки 18 и желоб 17 в сушильной камере 1 создается разрежение. К подвергаемому сушке материалу 26 подводится тепло путем включения инфракрасных излучателей 22, снабженных измерителями температуры и соединенных с источником питания. Степень нагрева осуществляется через регуляторы напряжения (не показаны). При этом полированная поверхность отражателя 21 способствует созданию на поверхности материала 26 равномерного температурного поля. В процессе сушки работоспособность вакуумного насоса 5 контролируется по показаниям вакуумметра 6. Сушка может проводиться в токе инертного газа либо сухого декарбонизированного воздуха. В этом случае газ в полость сушильной камеры 1 подается через вентиль напуска 14. Степень разрежения в этом случае может контролироваться по показаниям мановакуумметра 15. Степень нагрева инфракрасных излучателей 22 может контролироваться с помощью термопреобразователей, встроенных в излучатели вторичным прибором (не показан). После окончания сушки нагрев инфракрасных излучателей отключается, и в рубашки охлаждения 33 через патрубки 12 поддона 16 и крышки 20 через открытые трехходовые краны 35 подается вода. Положение пробки трехходового крана 35 показано на фиг.10. Из рубашки охлаждения 33 вода сливается через патрубки 13 в воронки в сливные системы охлаждения 34. После охлаждения поддона 16 и крышки 20 пробки трехходовых кранов 35 переводятся в положение, показанное на фиг.11. При этом происходит отсекание рубашек охлаждения 33 от водопроводной линии, и они соединяются с атмосферой, обеспечивая слив воды через патрубки 13 в сливные воронки системы охлаждения 34. После охлаждения сушильной камеры 1 отключается вакуумный насос 5 и после закрывания открытого клапана 3 открывается вентиль напуска 14. Последующая выгрузка материала 26 осуществляется в порядке, обратном порядку, описанному выше.
В процессе сушки водяные пары из материала 26 интенсивно поглощаются в адсорбере 2(1), 2(2), 2(3). Этому способствует создание вакуума в полости сушильной камеры 1 за счет снижения температуры кипения влаги и увеличения скорости ее диффузии. При работе необходима периодическая регенерация адсорберов, для чего адсорберы 2(1), 2(2), 2(3) отсекаются от сушильной камеры 1 закрыванием клапанов 3 и от вакуумной системы клапанами 4. Открываются краны 7 и 11 и включаются компрессор 8 и подогреватель воздуха 10. Горячий воздух проходит через патрубок 32, сетчатую стенку 31 и отдает тепло в адсорбер. Увлажненный воздух проходит через вторую сетчатую стенку 31 и через патрубок 30 и вентиль сброса 11 удаляется в атмосферу. Работа компрессора 8 контролируется по показаниям манометра 9. Одновременно включаются нагреватели 29, обеспечивающие разогрев адсорбера. Температура в каждом адсорбере 2(1), 2(2), 2(3) контролируется с помощью термопреобразователей (не показаны). После выдержки при заданной температуре нагреватели 29, подогреватель воздуха 10 и компрессор 8 отключаются и перекрываются вентили 7 и 11. После охлаждения адсорберов 2(1), 2(2), 2(3) до комнатной температуры они вновь пригодны для работы.
Другим вариантом работы и регенерации адсорберов 2(1), 2(2), 2(3) является их поочередное включение в работу открытием соответствующей пары клапанов 3 и 4. В этом случае возможна такая схема работы: один адсорбер поглощает влагу, второй регенерируется, как описано выше, а третий - охлаждается. После насыщения влагой первого адсорбера в работу включается третий, охлажденный адсорбер, первый адсорбер переводится в режим десорбции, а второй - в режим охлаждения.
Предложенное устройство позволяет повысить производительность устройства для сушки высоковлажных материалов.