УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАГРУЗКИ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА (ВАРИАНТЫ)
BULK MATERIAL LOADING DEVICE (VARIANTS)

Изобретение относится к устройствам для загрузки сыпучих материалов, например частиц катализаторов в реакторы, гранул удобрений в хранилища, зерна в элеваторы или бункеры, и может быть использовано, в частности, в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, различных отраслях агропромышленного комплекса.
Твердые частицы должны быть распределены по емкости максимально равномерно для достижения максимальной насыпной плотности, т.е. максимальной массы загруженных частиц. Так, увеличение количества катализатора в реакторах увеличивает гибкость эксплуатации установок и позволяет увеличить длительность пробега установки.
В настоящее время существует достаточно большое количество устройств, созданных для заполнения цилиндрических емкостей твердыми частицами, которые приводятся в действие сжатым газом и имеют сходные по назначению узлы - приемный бункер для загрузки сыпучего материала, соединенный трубопроводом с распределителем частиц, включающим вращающуюся деталь, соединенную с источником вращательного движения с различиями в части, касающейся конструктивного решения вращающейся детали.
Известен аппарат для загрузки сыпучего материала, включающий приемный бункер и распределитель сыпучего материала, соединенные последовательно между собой. Распределитель сыпучего материала состоит из полого, открытого в нижней части корпуса, отражающей пластины, размещенной с зазором ниже полого корпуса и имеющей поперечное сечение больше, чем поперечное сечение полого корпуса, патрубка, установленного в полом корпусе и сопряженного с источником газа таким образом, чтобы обеспечивался проток газа в названном зазоре, изменяющий направление движения по крайней мере части сыпучего материала на множество направлений поверх отражающей пластины. Полый корпус снабжен воронкообразной диафрагмой с центральным отверстием, направляющей поток сыпучего материала в его центральную часть. Патрубок снабжен поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение и регулирующим интенсивность потока сжатого газа в зазоре, который в свою очередь способствует равномерному распределению твердых частиц сыпучего материала в радиальных направлениях по сечению загружаемой емкости (см., патент RU 2111911, B65D 88/72, дата публикации 29.05.1998).
Известно загрузочное устройство, которое содержит корпус, соединенный с ним заправочный узел, распределитель и трубу для подачи сжатого газа. Распределитель установлен под выходными отверстиями корпуса. Выходное отверстие трубы для подачи сжатого газа расположено между распределителем и корпусом соосно распределителю с образованием регулируемого зазора между выходным отверстием трубы и распределителем. Распределитель выполнен в виде диска. Выходное отверстие трубы имеет насадку в виде сопла. Причем диск и насадка выполнены сменными. При этом распределитель выполнен вогнутым, а поверхность насадки, обращенная к нему, - выпуклой. Заправочный узел выполнен в виде загрузочной воронки, соединенной с корпусом трубопроводом. По меньшей мере часть трубы для подачи сжатого газа расположена в корпусе соосно с насадкой и распределителем. Корпус выполнен цилиндрическим, а его выходные отверстия - регулируемыми по величине (см. патент RU 2222373, B65G 65/32, дата публикации 27.01.2004).
Однако все вышеперечисленные устройства не позволяют достичь равномерного распределения частиц по всему сечению и часто можно наблюдать бугры и впадины на профиле сыпучего материала.
Известно устройство для заполнения контейнера твердыми частицами, которое содержит цилиндрическую емкость, кольцевые каналы для пропускания частиц, образованные множеством вертикальных выпускных патрубков, расположенных соосно относительно друг друга, и диафрагму, установленную по направлению потока перед каналами для регулирования потока частиц в кольцевых каналах. Диафрагма содержит по меньшей мере два кольцевых элемента одинакового диаметра, установленных с возможностью вращения относительно друг друга вокруг общей оси, и предназначенных для по меньшей мере частичного перекрытия одного и того же кольцевого канала за счет поворота друг относительно друга (см., патент RU 2551095, В65В 1/04, дата публикации 20.10.2009).
Это устройство позволяет достичь равномерного распределения катализатора, однако использование диафрагм значительно снижает его надежность и усложняет управление устройством.
Наиболее близким к предложенному является устройство для уплотненной загрузки сыпучих материалов в технологические емкости (разбрасыватель), содержащее приемный короб цилиндрической формы, пневмодвигатель и распределитель, снабженный щелями, расширяющимися от оси вращения к периферии. Распределитель снабжен по меньшей мере двумя рассеивающими пластинами, прикрепленными коаксиально к оси вращения, и в совокупности образующими круг, при этом рассеивающие пластины выполнены с вертикально ориентированными ограничителями на концевых торцах. Устройство может содержать два или более распределителя, расположенных один под другим и выполненных с возможностью поворота одного распределителя относительного другого вдоль оси вращения (см. полезная модель RU 87691, B65G 65/32, B65D 88/54, дата публикации 20.10.2009).
Однако это устройство не обеспечивает максимально равномерного и плотного распределения сыпучего материала.
Задача изобретения состоит в достижении максимальной равномерности распределения сыпучего вещества при надежности устройства, быстроте монтажа при подготовке к работе и простоте управления им.
Поставленная задача решается следующим образом: в устройстве для загрузки сыпучего материала, включающем цилиндрическую емкость (1) и расположенное в ее центре гнездо (2) для пневмодвигателя (10), к валу которого присоединена ось вращения (3), на разном уровне коаксиально закреплены пластины (4), выполненные в форме сходящихся спиралей, разделенных перегородками (5) на множество секторов. Снаружи емкости на равном расстоянии друг от друга закреплены три вертикальные цилиндрические направляющие (6), к которым присоединены ножки креплений (7) устройства с возможностью его перемещения по направляющим.
В другом варианте осуществления изобретения поставленная задача решается следующим образом: в устройстве для загрузки сыпучего материала, включающем цилиндрическую емкость (1) и расположенное в ее центре гнездо (2) для оси вращения (3), на которой на разном уровне коаксиально закреплены пластины (4), выполненные в форме сходящихся спиралей, разделенных перегородками (5) на множество секторов. Снаружи емкости на равном расстоянии друг от друга закреплены три вертикальные цилиндрические направляющие (6), к которым присоединены ножки креплений (7) устройства с возможностью его перемещения по направляющим. В указанном гнезде к оси вращения присоединен гибкий вал (11), возможность движения которого обеспечена электрическим двигателем, расположенным вне цилиндрической емкости.
Принцип работы устройства для загрузки (далее также разбрасывателя) заключается в том, что каждая из пластин в нем имеет форму сходящейся спирали. Данная форма обеспечивает заданную траекторию движения частиц, попадающих в разбрасыватель, тем самым обеспечивая равномерность загрузки.
На Фиг. 1 показана конструкция устройства для загрузки сыпучего материала в общем виде. Особенности конструкции устройства с пневмодвигателем отражены на Фиг. 2, устройства с электрическим двигателем - на Фиг. 3.
На Фиг. 4 показана конструкция пластин, имеющих форму сходящихся спиралей.
Способ закрепления устройства на распределительной тарелке реактора показан на Фиг. 5.
Устройство состоит из приемной емкости цилиндрической формы (1), снаружи которой на равном расстоянии друг от друга закреплены три вертикальные цилиндрические направляющие (6). К направляющим присоединены ножки креплений (7) разбрасывателя, который можно перемещать по направляющим в вертикальном направлении и закреплять на необходимой высоте. Крепления также регулируют по длине и высоте ножек. В качестве опор используют плоские металлические детали (8).
Внутри цилиндрической емкости расположено гнездо (2) для пневмодвигателя (10), к валу которого закрепляется ось вращения (3) по первому варианту, или для закрепления оси вращения (3) к гибкому валу (11), о второму варианту. На оси вращения (3) закреплены три вращающиеся пластины (4) (тарелки) разного диаметра, имеющие форму сходящихся спиралей, разделенных перегородками (5) на множество секторов со своим приемными мерными карманами для катализатора. Высота и расположение перегородок, а также расположение пластин относительно друг друга рассчитаны таким образом, чтобы угловая скорость частиц, покидающих тарелку, обеспечивала равномерное распределение этих частиц по всему сечению емкости. В нижней части разбрасывателя находится подставка (9) цилиндрической формы, предохраняющая тарелки от ударов при транспортировке, которую снимают, когда устройство находится в рабочем состоянии. Для работы пневмодвигателя в качестве сжатого газа используют воздух или азот.
По первому варианту ось вращения приводит в движение пневмодвигатель (10), который располагается в гнезде в центре приемной емкости.
По второму варианту, вне приемной емкости находится электрический двигатель (не показан на рисунках), приводящий в движение ось посредством гибкого вала (11), к которому крепится ось вращения в гнезде приемной емкости. Длина вала может составлять 4-5 м. На строении устройства для загрузки длина вала не сказывается. Этот вариант обеспечивает взрыво- и пожарозащитное исполнение устройств и особенно пригоден для использования на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях.
Время монтажа устройства внутри емкости с помощью креплений минимально - менее 30 минут. В частном случае, когда емкость является реактором, ее закрепляют на распределительной тарелке реактора, как показано на Фиг. 5.
Устройство работает следующим образом. Сыпучий материал, например катализатор, непрерывно подают в цилиндрическую емкость разбрасывателя (1) с помощью закрепленного на нем тканевого рукава, и он поступает на вращающиеся пластины (4). По одному варианту вращение оси (3), на которой закреплены пластины, обеспечивают с помощью пневмодвигателя (10), по другому варианту - с помощью внешнего электрического двигателя посредством гибкого вала (11).
Каждый следующий слой катализатора падает на неподвижный предыдущий слой, ранее упавший в емкость, что создает плотную загрузку. Это достигается благодаря выбранной форме пластин.
Катализатор, проходя через корпус разбрасывателя, попадает равномерно на все три распределительные тарелки, которые, вращаясь, придают каждой точке спирали свою угловую скорость, т.е. катализатор с каждой точки спирали заполняет строго одну и ту же полосу (радиус), со следующей точки - свою полосу и так далее, за счет чего и происходит равномерная укладка катализатора.
Также для обеспечения плотной загрузки катализатора необходимо равномерное распределение катализатора по всей площади реактора при изменении высоты загрузки. Его регулируют количеством оборотов пневмодвигателя по первому варианту или электрического двигателя с гибким валом по второму варианту. Чем выше обороты, тем шире укладывается катализатор. Всю регулировку осуществляют только оборотами двигателя, что упрощает работу персонала и уменьшает риск брака и обеспечивает наиболее точное расположение катализатора по всему объему реактора.
В случае, когда заполняемая емкость не имеет распределительной тарелки, например реактор гидроочистки бензина или зерновой элеватор, предусмотрена возможность установки устройства на верхний фланец емкости. В этом случае крепления (8) устанавливают на верхний фланец, а разбрасыватель перемещают по направляющим (6) вниз таким образом, чтобы пластины (4) оказались в самой широкой части емкости, ниже входной трубы.