БАРАБАННО-ВИНТОВОЙ СВЧ СУШИЛЬНЫЙ АГРЕГАТ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ СУШКИ СЫПУЧИХ И ГРАНУЛИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ
DRUM-HELICAL MICROWAVE DRYING DEVICE OF CONTINUOUS ACTION FOR DRYING OF LOOSE AND GRANULATED MATERIALS

Изобретение относится к оборудованию для непрерывной сушки сыпучих и гранулированных материалов.
Известна сушилка для сыпучих материалов, содержащая вертикальный цилиндрический корпус, с поярусно расположенными секциями сушки, вращающийся ротор и нагревательные устройства (Авторское свидетельство СССР №1612190, 1984 г.). В сушилке материал между секциями перемещается под действием ротора и силы тяжести, а нагрев осуществляется за счет сушильного агента и электромагнитной энергии высокой частоты. Недостатком данной сушилки являются разрушение гранулированных материалов под действием ротора и удара при переходе в следующую секцию сушки.
Прототипом изобретения является сушилка для сыпучих материалов, которая содержит горизонтальный барабан, установленный с возможностью вращения в двух подшипниках, закрепленных на крышках, внутри которого установлены с шагом 20-45° встречно-наклонные ребра, с углом наклона каждого ряда 45-60° к образующей цилиндрической поверхности, а так же нагревательные элементы, подключенные к источнику электромагнитных волн и каналам подачи нагретого воздуха и отвода влажного. В качестве источника электромагнитных волн использован СВЧ-генератор (Патент RU №2152571 07.10.2000 г.).
Недостатками прототипа является циклический режим работы, неравномерное распределение материала по внутренней поверхности барабана встречно-наклонными ребрами и сложность устройств подачи нагретого воздуха и отбора влажного.
Техническая задача, решаемая при создании изобретения, заключается в разработке установки непрерывного действия с равномерным распределением материала по внутренней поверхности барабана, упрощении конструкции устройства подачи нагретого и отбора влажного воздуха, ускорении процесса сушки сыпучих и гранулированных материалов до минимального содержания влаги (не более 1,5-3%) при температурном воздействии, не превышающем 300°C, электромагнитным излучением высокой частоты и сушильным агентом.
<mrow><msub><mi>p</mi><mi>ш</mi></msub><mo>≥</mo><mfrac><mi>λ</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>h</mi><mrow><mi>ш</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>≤</mo><mi>r</mi><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>d</mi><mrow><mi>о</mi><mi>т</mi><mi>в</mi></mrow></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
ш
отв
Л
Л
ш
в
Технический результат достигается тем, что барабанно-винтовой СВЧ сушильный агрегат непрерывного действия для сушки сыпучих и гранулированных материалов, содержащий раму с приводом и передачей, горизонтально установленный вращающийся барабан с торцевыми крышками, имеющими отверстия по центру, волноводно-щелевой резонансный излучатель, подключенный к источнику электромагнитных волн, в качестве которого использован СВЧ-генератор, устройства подачи нагретого воздуха и удаления паровоздушной смеси, согласно прилагаемому решению в барабан, с внутренним радиусом r=(0,5…6)λ, где λ - длина СВЧ волны в свободном пространстве, вставлены загрузочное устройство, жестко прикрепленный к раме, транспортирующий шнек, жестко присоединенный к барабану с шагом
, высотой лопасти h=(0,8…1,2)Δ, где Δ - глубина проникновения СВЧ волны в материал, и углом наклона винтовой поверхности β=75…135°, причем последний виток имеет высоту
, где d - диаметр отверстия в разгрузочной торцевой крышке, перемешивающие лопасти, жестко закрепленные с шагом p=15…90° по внутренней поверхности барабана, высотой h=(0,1…0,5)h и разгрузочное отверстие, находящееся на участке последнего витка транспортирующего шнека рядом с волноводной торцевой крышкой барабана, совпадающее с отверстиями запредельных волноводов, жестко присоединенных к наружной поверхности барабана, причем суммарная площадь отверстий запредельных волноводов должна быть больше или равна площади разгрузочного отверстия, а через волноводную торцевую крышку введен волноводно-щелевой резонансный излучатель, расположенный под углом к горизонту γ=γ, где γ - угол естественного откоса материала, с закрепленными на нем сверху устройством удаления паровоздушной смеси и снизу устройством подачи нагретого воздуха, причем выходное отверстие устройства подачи нагретого воздуха расположено на участке второго витка транспортирующего шнека со стороны волноводной торцевой крышки, а отверстие устройства удаления паровоздушной смеси расположено на участке первого витка транспортирующего шнека со стороны загрузочной торцевой крышки, места соединения торцевых крышек с барабаном, ввода питающего устройства и волноводно-щелевого резонансного излучателя с устройствами подачи нагретого воздуха и удаления паровоздушной смеси герметизированы материалами, поглощающими высокочастотные электромагнитные излучения.
Угол наклона винтовой поверхности транспортирующего шнека может быть равен β=90°. Это уменьшит экранирующее и отражающее действие транспортирующего шнека на материал.
В качестве устройства непрерывной загрузки материала целесообразно использовать шнековый питатель. В этом случае обеспечивается непрерывный, равномерный процесс загрузки материала и простота герметизации шнекового питателя с загрузочной торцевой крышкой.
Вращательное движение барабана может быть осуществлено от роликовой передачи. Применение роликовой передачи упрощает и удешевляет конструкцию привода агрегата.
Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 изображена схема барабанно-винтового СВЧ сушильного агрегата непрерывного действия (вид сбоку), на фиг.2 - сечение А-А зоны разгрузки материала фиг.1.
ш
Л
ш
Л
ш
ш
Л
ш
Л
ш
Л
Л
в
<mrow><msub><mi>p</mi><mi>ш</mi></msub><mo>≥</mo><mfrac><mi>λ</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>p</mi><mi>ш</mi></msub><mo>≥</mo><mfrac><mi>λ</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>h</mi><mrow><mi>ш</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>≤</mo><mi>r</mi><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>d</mi><mrow><mi>о</mi><mi>т</mi><mi>в</mi></mrow></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
Барабанно-винтовой СВЧ сушильный агрегат непрерывного действия для сушки сыпучих и гранулированных материалов содержит раму 1 с приводом и передачей 2, горизонтально установленный вращающийся барабан 3, с внутренним радиусом r=(0,5…6)λ. Уменьшение внутреннего радиуса менее 0,5λ приведет к значительному снижению производительности, неравномерному нагреву и высоким энергопотерям. Увеличение более 6λ приведет к неравномерному нагреву материала и высоким энергопотерям. Вращательное движение барабан 3 получает от привода с передачей 2, жестко закрепленной на раме 1, например, с помощью болтовых соединений. Наиболее целесообразно приводить во вращательное движение барабан 3 от электропривода с роликовой передачей 2. Данное решение обеспечивает простоту конструкции, высокую надежность и низкие затраты на эксплуатацию электропривода с передачей. Загрузочное устройство 4 вставлено в барабан 3 и жестко прикреплено к раме 1, например, с помощью болтовых соединений. Загрузочное устройство 4 обеспечивает непрерывный процесс загрузки материала 5. В качестве загрузочного устройства 4 наиболее целесообразно использовать шнековый питатель. Применение шнекового питателя обеспечит непрерывный и равномерный процесс загрузки материала 5 в барабан 3, упростит герметизацию питателя с загрузочной торцевой крышкой 15. Внутри барабана 3 расположены транспортирующий шнек 6 высотой h=(0,8…1,2)Δ, шагом
и перемешивающие лопасти 7 высотой h=(0,1…0,5)h, закрепленные с шагом p=15…90° по внутренней поверхности барабана. Уменьшение h=(0,8…1,2)Δ приводит к задержке материала 5 в барабане 3, тем самым увеличивается подпор выше допустимого значения. Увеличение h=(0,8…1,2)Δ приводит к ускоренной разгрузке материала 5, тем самым уменьшает подпор ниже допустимого значения. Необходимая величина подпора материала обеспечивает качественный процесс сушки с меньшими энергозатратами. Уменьшение
и увеличение h=(0,1…0,5)h оказывает экранирующее действие, приводящее к увеличению затрат энергии на сушку. Отличие высоты лопастей 7 от h=(0,1…0,5)h и их шага от p=15…90° приводит к ухудшению процесса ворошения и равномерного распределения материала 5 по внутренней поверхности барабана 3. Также уменьшение шага p=15…90° приводит к уменьшению поверхности испарения и увеличению энергозатрат. Транспортирующий шнек 6 и перемешивающие лопасти 7 жестко присоединены к внутренней поверхности барабана 3, например, сваркой. Увеличение или уменьшение угла наклона винтовой поверхности транспортирующего шнека 6, отличающегося от β=75…135°, приведет к экранированию материала 5 шнеком 6 от электромагнитного излучения, что будет препятствовать нагреву материала 5 и влагоудалению. Последний виток транспортирующего шнека 6 высотой
служит для уменьшения потерь теплоносителя через разгрузочное отверстие 8 с запредельными волноводами 9. Упрощение конструкции устройств подачи нагретого и отбора влажного воздуха достигнуто совмещением в единый узел волноводно-щелевого резонансного излучателя 10, подключенного к источнику электромагнитных волн 11, устройства удаления паровоздушной смеси 12, закрепленного сверху излучателя и устройства подачи нагретого воздуха 13, закрепленного снизу излучателя, причем выходное отверстие устройства подачи нагретого воздуха 13 расположено на участке второго витка транспортирующего шнека 6 со стороны волноводной торцевой крышки 14, а отверстие устройства удаления паровоздушной смеси 12 расположено на участке первого витка транспортирующего шнека 6 со стороны загрузочной торцевой крышки 15. Расположение патрубка удаления паровоздушной смеси 12 в другом месте приведет к снижению эффективности пароудаления, увлажнению материала, увеличению энергозатрат. Расположение патрубка подачи теплоносителя 13 в другом месте приведет к снижению процесса сушки, увеличению энергозатрат. Расположенные таким образом патрубки 12, 13 организуют перенос теплоносителя и паровоздушной смеси встречно перемещению материала 5. Данное конструктивное решение препятствует увлажнению высушенного материала 5 и снижает энергозатраты на сушку. В качестве патрубков подачи теплоносителя 13 и удаления паровоздушной смеси 12 наиболее целесообразно использовать металлические патрубки сегментного профиля. Это позволяет упростить крепление патрубков 12, 13 на волноводно-щелевом резонансном излучателе 10, а также герметизацию волноводной торцевой крышкой 14. Крепление патрубков 12, 13 к волноводно-щелевому резонансному излучателю 10 выполнено жестко, например, сваркой. Волноводно-щелевой резонансный излучатель 10 расположен под углом к горизонту γ=γ. Невыполнение этого условия приведет к уменьшению поглощения электромагнитной энергии материалом 5 вследствие отражения, тем самым затраты энергии на сушку будут увеличены. Введение через волноводную торцевую крышку 14 единого узла 10, 12 и 13 упрощает герметизацию от высокочастотных электромагнитных излучений. Все места соединения барабана 3 с торцевыми крышками 14, 15, ввода питающего устройства 4 и волноводно-щелевого резонансного излучателя 10 с устройствами удаления паровоздушной смеси 12 и подачи нагретого воздуха 13 герметизированы материалами 16, поглощающими высокочастотные электромагнитные излучения, например, резиной. Минимальное содержание влаги (не более 1,5-3%) достигается совмещением электромагнитной сушки и сушки сушильным агентом. Использование электромагнитной сушки позволяет значительно ускорить процесс сушки и снизить общую температуру сушки до 100…300°C. Данное свойство особенно ценно при сушке материалов с низкой температурой возгорания, плавления и размягчения.
Барабанно-винтовой СВЧ сушильный агрегат непрерывного действия для сушки сыпучих и гранулированных материалов работает следующим образом.
Непрерывное вращательное движение барабан 3 получает от привода с передачей 2, жестко закрепленной на раме 1. В данном случае барабан 3 получает вращательное движение от электропривода с роликовой передачей 2. Данное решение обеспечивает простоту конструкции, высокую надежность и низкие затраты на эксплуатацию электропривода с передачей. Электропривод с роликовой передачей 2 жестко закреплен на раме 1 с помощью болтовых соединений. Загрузочное устройство 4 непрерывно наполняет барабан 3 сыпучим или гранулированным материалом 5. Гранулы могут быть неоднородными или сложной композиции, природного или искусственного происхождения. Частицы или гранулы сыпучего материала 5 могут быть диаметром от 1 до 25 мм. В качестве питающего устройства 4 использован шнековый питатель, прикрепленный к раме 1 болтовым соединением. В данном случае шнековый питатель 4 обеспечивает непрерывный и равномерный процесс загрузки материала 5 в барабан 3, имеет более простую герметизацию с загрузочной торцевой крышкой 15. В процессе непрерывного перемещения материала 5 внутри барабана 3 с помощью транспортирующего шнека 6 к разгрузочному отверстию 8 с запредельными волноводами 9, ворошения и равномерного распределения материала перемешивающими лопастями 7 материал 5 подвергается сушке электромагнитным воздействием СВЧ-генератора 11 и сушильным агентом. В качестве сушильного агента используется нагретый электрокаллорифером воздух, подаваемый в барабан 3 вентилятором через патрубок теплоносителя 13. Подвод электромагнитного излучения от СВЧ-генератора 11 выполнен через волноводно-щелевой резонансный излучатель 10, на котором снизу закреплено устройство подачи нагретого воздуха 13 и сверху устройство удаления паровоздушной смеси 12. Для обеспечения защиты персонала от электромагнитного излучения разгрузка материала 5 выполнена через запредельные волноводы 9.
Данное изобретение позволяет обеспечить непрерывный процесс сушки сыпучих и гранулированных материалов с равномерным распределением их по внутренней поверхности барабана. Упрощает конструкцию устройств подачи нагретого воздуха и отбора паровоздушной смеси, ускоряет процесс сушки сыпучих и гранулированных материалов до минимального содержания влаги (не более 1,5-3%) при температурном воздействии, не превышающем 300°C, электромагнитным излучением высокой частоты и сушильным агентом.