УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ДИСПЕРГИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ ИНЕРТНЫХ ТЕЛ
DEVICE FOR DRYING DISPERSED MATERIALS IN FLUIDIZED BED OF INERT BODIES

Изобретение относится к технике сушки дисперсных материалов в кипящем слое и может быть применено в анилино-красочной, пищевой, фармацевтической, микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является сушилка для сушки растворов по патенту РФ №2334184, содержащая камеру с газораспределительной решеткой, на которой размещен слой инертных тел, газоподводящий короб для подвода основной части свежего теплоносителя, и форсунки, размещенные в слое инертных тел с возможностью их вращения вокруг оси камеры (прототип).
Недостатком известных установок заключается в том, что при подаче исходного материала (раствора, суспензии) через фиксированную форсунку не удается достигнуть равномерного орошений всего слоя инертных тел, вследствие чего происходит залипание отдельных участков слоя, что вызывает неравномерность псевдоожижения и снижение производительности установок.
Технический результат - является повышение производительности установки и уменьшение налипания высушиваемого материала на инертные тела.
Это достигается тем, что в установке для сушки растворов в кипящем слое инертных тел, содержащей камеру с газораспределительной решеткой, на которой размещен слой инертных тел, газоподводящий короб для подвода основной части свежего теплоносителя, и форсунки, размещенные в слое инертных тел с возможностью их вращения вокруг оси камеры, форсунки размещены на вертикальном полом приводном валу посредством угольника и трубок с форсунками на концах, расположенными в горизонтальной и вертикальной плоскостях, причем они могут быть установлены с разным шагом как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях, в зависимости от объекта сушки, а в верхней части камеры, например в месте перехода цилиндрической части в коническую часть, закреплена газораспределительная решетка, в центре которой расположен подшипниковый узел, служащий нижней опорой полого приводного вала, при этом к конической части камеры тангенциально прикреплен, по крайней мере один, патрубок вторичного теплоносителя с температурой более высокой, чем у основной части свежего теплоносителя, при этом насадка выполнена в виде полых шаров, на сферической поверхности которых прорезана винтовая канавка или насадка выполнена в виде винтовой линии, образованной на сферической поверхности, и имеющей в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс», или насадка выполнена в виде цилиндрических колец, на боковой поверхности которых прорезана винтовая канавка, или насадка выполнена в виде винтовой линии, образованной на цилиндрической поверхности, и имеющей в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс», или насадка выполнена в виде тороидальных колец, или насадка выполнена в виде тороидальных колец, имеющих профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс», или насадка выполнена из упругих полимерных материалов, композиционных материалов, и получена способами формования или спекания, а каждая из форсунок 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, соосных между собой внутренних цилиндрических 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°, а жиклер, выполненный в центре глухой перегородки, и состоящий из цилиндрического и конического дроссельных отверстий имеет винтообразные поверхности на внутренних поверхностях как цилиндрического, так и конического дроссельных отверстий, при этом на внутренних поверхностях каналов жиклеров сопла, которые пересекаются на его конической боковой поверхности, и которые образованы, по крайней мере, тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных и горизонтальных каналов для прохода жидкости, выполнены винтовые поверхности, при этом направление винтовых поверхностей в этих каналах выполнено противоположно-направленным, причем образованные корпусом и соплом три, соосных между собой, внутренних цилиндрических камеры, одна из которых служит для подвода жидкости, другая является расширительной камерой, а третья выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления, заполнены упругим сетчатым элементом, или стружкой из цветного металла, или стружкой из пластмассы, а к торцевой поверхности цилиндрической части корпуса прикреплен диффузор, охватывающий коническую поверхность сопла с глухой перегородкой и жиклером. В выходном сечении диффузора форсунки, прикрепленного к торцевой поверхности цилиндрической части корпуса, установлена перфорированная перегородка, к которой, одним концом, в точке ее пересечения с осью распылителя, закреплены, по крайней мере, две спицы, второй конец которых закреплен на внутренней поверхности диффузора таким образом, что спицы перпендикулярны внутренней поверхности диффузора, а на спицах, в их центральной части, свободно установлены дополнительные распылители, выполненные в виде винтовых барабанов, которые зафиксированы на спицах с помощью упоров.
На фиг. 1 изображена установка в продольном разрезе; на фиг. 2 - представлена схема тангенциального подвода вторичного теплоносителя; на фиг. 3 - схема форсунок, на фиг. 4 - фиг. 6 - варианты выполнения инертной насадки.
Установка содержит цилиндро-коническую камеру 1, снабженную в нижней части газораспределительной решеткой 2, под которой расположен газоподводящий короб 3 с патрубком 4 для подвода свежего теплоносителя. В верхней части камеры 1, например в месте перехода цилиндрической части в коническую часть, закреплена газораспределительная решетка 9, в центре которой расположен подшипниковый узел 19, служащий нижней опорой полого приводного вала 8. Сверху камера 1 закрыта крышкой 5, имеющей патрубок 6 для отработанного теплоносителя. Пространство камеры между газораспределительными решетками 2 и 9 заполнено инертными телами 7.
По оси установки размещен полый приводной вал 8, который с помощью сальникового устройства 14 соединен с камерой 15 подвода исходного материала. В верхней части вал 8 вращается в подшипниковом узле 16 и через пару конических зубчатых колес 17 и 18 соединен с приводом переменного числа оборотов (на чертежах не показан).
После выхода вала 8 из подшипникового узла 19, служащего его нижней опорой, он соединен с тройником, состоящим из трубок 10, 11 и 12 с форсунками на концах, расположенными в горизонтальной, вертикальной и наклонной плоскостях. Форсунки могут быть установлены с разным шагом как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях, в зависимости от объекта сушки.
На фиг. 2 представлена схема тангенциального подвода вторичного теплоносителя.
К конической части камеры 1 тангенциально прикреплен, по крайней мере один, патрубок 20 вторичного теплоносителя с температурой более высокой, чем у основной части свежего теплоносителя.
Каждая из форсунок (фиг. 3) содержит полый корпус, состоящий из цилиндрической части 21 с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости, конической переходной части 22 и цилиндрической части 23 с большим размером диаметрального сечения, с внутренней резьбовой поверхностью.
Соосно корпусу, в его нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью 26 с внешней резьбой, взаимодействующей с цилиндрической частью 23 корпуса Цилиндрическая поверхность сопла переходит в коническую поверхность 24 и замыкается торцевой, перпендикулярной оси корпуса, глухой перегородкой 25, с жиклером 30 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 25 сопла. При этом жиклер 30, выполненный в центре глухой перегородки 25, и состоящий из цилиндрического и конического дроссельных отверстий имеет винтообразные поверхности на внутренних поверхностях как цилиндрического, так и конического дроссельных отверстий (на чертеже не показано).
Корпус и сопло образуют три, соосных между собой внутренних цилиндрических камеры. Камера 27 служит для подвода жидкости, камера 28 является расширительной камерой, камера 29 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 32 для прохода жидкости и горизонтальных каналов 31, которые пересекаются на конической боковой поверхности 24 сопла и образуют выходные отверстия каждого из жиклера. При этом вертикальные каналы 32 соединены с полостью расширительной камеры 28, а горизонтальные каналы 31 - с полостью нагнетательной камеры 29.
Парные каналы 31 и 32 расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса. Коническая боковая поверхность 24 сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°.
На внутренних поверхностях каналов жиклеров сопла 24, которые пересекаются на конической боковой поверхности сопла, и которые образованы, по крайней мере, тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов 32 для прохода жидкости и горизонтальных каналов 31, выполнены винтовые поверхности, при этом направление винтовых поверхностей в этих каналах выполнено противоположно-направленным. Это позволяет повысить мелкодис-персность распыляемой жидкости за счет взаимодействия вихревых потоков на выходе из жиклеров.
Возможен вариант, когда образованные корпусом и соплом три, соосных между собой, внутренних цилиндрических камеры, одна из которых (камера 27) служит для подвода жидкости, другая (камера 28) является расширительной камерой, а третья (камера 29) выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления, заполнены упругим сетчатым элементом, или стружкой из цветного металла, или стружкой из пластмассы (на чертеже не показано). К торцевой поверхности цилиндрической части 23 корпуса прикреплен диффузор 33, охватывающий коническую поверхность 24 сопла с глухой перегородкой 25 и жиклером 30. В выходном сечении диффузора 33, прикрепленного к торцевой поверхности цилиндрической части 23 корпуса, установлена перфорированная перегородка 34, к которой, одним концом, в точке ее пересечения с осью распылителя, закреплены, по крайней мере, две спицы 35 и 36, второй конец которых закреплен на внутренней поверхности диффузора 33 таким образом, что спицы 35 и 36 перпендикулярны внутренней поверхности диффузора 33, а на спицах, в их центральной части, свободно установлены дополнительные распыли- тели, выполненные в виде винтовых барабанов 37 и 39, которые зафиксированы на спицах с помощью упоров.
Работа форсунки осуществляется следующим образом.
При подаче жидкости в корпус под действием перепада давления 0,4…0,8 МПа в каналах 31 и 32 образуются встречные потоки жидкости, устремляющиеся к выходным отверстиям жиклеров, образованных этими каналами.
После столкновения потоков жидкости в каналах 31 и 32, и истечения через выходные отверстия жиклеров происходит образование веерообразного газожидкостного потока в виде пелены, т.е. реализуется механизм дробления капель жидкости, но генерируемый пеленообраз-ный 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 30 в глухой перегородке 25 распылителя. Такое распределение распыляемой жидкости позволяет повысить равномерность распыления жидкости над центральной частью орошаемой поверхности.
Возможен вариант, когда в выходном сечении диффузора 33, между перфорированной перегородкой 34, и закрепленными на ней, посредством спиц 35 и 36, дополнительными распылителями, выполненными в виде винтовых барабанов 37 и 39, зафиксированных на спицах с помощью упоров, установлена перфорированная коническая обечайка 38, вершина конической поверхности которой закреплена на перфорированной перегородке 34, в точке ее пересечения с осью распылителя.
Возможен вариант, когда полость 40 между перфорированной конической обечайкой 38, вершина конической поверхности которой закреплена на перфорированной перегородке 34, в точке ее пересечения с осью распылителя, и поверхностью перфорированной перегородки 34, заполнена упругим сетчатым элементом, или стружкой из цветного металла, или стружкой из пластмассы, который повышает мелкодисперсность фазы распыливаемой жидкости.
Инертная насадка (фиг. 4 - фиг. 6) может быть выполнена в виде полых шаров, на сферической поверхности которых прорезана винтовая канавка в виде винтовой линии, образованной на сферической поверхности, и имеющей в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс»; или в виде цилиндрических колец, на боковой поверхности которых прорезана винтовая канавка, или насадка выполнена в виде винтовой линии, образованной на цилиндрической поверхности, и имеющей в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс»; или в виде тороидальных колец, или в виде тороидальных колец, имеющих профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс». Инертные частицы могут быть выполнены из упругих полимерных материалов, композиционных материалов, и получены способами формования или спекания.
Установка работает следующим образом.
Камера 1 заполняется инертными телами 7 между газораспределительными решетками 2 и 9. Через патрубок 4 в газоподводящий короб 3 подают основную часть свежего теплоносителя, откуда последний через газораспределительную решетку 2 попадает в камеру 1 и создает кипящий слой инертных тел 7, вектор которого направлен вертикально. Исходный материал из камеры 15 через полый вал 8 подают через трубки 10, 11 и 12 к форсункам для распыления в слой инертных тел. Благодаря вращению вала 8 происходит равномерное орошение всего слоя. Через патрубки 13 и 20 (или только через один из них), тангенциально камере 1, подводят вторичный теплоноситель с температурой более высокой, чем у основной части свежего теплоносителя. Вторичный теплоноситель создает в слое инертных тел зону вращающегося кольца с вектором, направленным по касательной к камере 1. Благодаря высокой температуре и большой относительной скорости теплоносителя и инертных тел процесс тепло- и массообмена в этой зоне идет весьма интенсивно, что приводит к почти мгновенной сушке пленки исходного материала на поверхности инертных тел 7. В остальной массе слоя в это время происходит досушка материала и отделение высушенного материала от инертных тел вследствие их соударений за счет пересечения векторов направления кипящего слоя от основной части свежего теплоносителя и вторичного теплоносителя.
Предлагаемая установка обеспечивает более полное орошение слоя инертных тел, а также его перемешивание. Кроме того, подвод дополнительного вторичного теплоносителя создает зону вращающегося кольца, что не только предотвращает залипание слоя в месте орошения исходным материалом, но и способствует более эффективному протеканию процессов тепло- и массообмена в этой зоне. Все это приводит к увеличению удельной производительности установки, а также позволяет повысить гидродинамическую устойчивость режима кипящего слоя.