Установка для сушки пастообразных материалов в закрученном взвешенном слое инертных тел
INSTALLATION FOR DRYING PASTY MATERIALS IN A SWIRLING SUSPENDED LAYER OF INERT BODIES

Изобретение относятся к сушильной технике, а более конкретно к сушилкам с активным гидродинамическим режимом, предназначенным для сушки пастообразных материалов, и может найти применение в производстве пищевых продуктов, медицинских препаратов и красителей.
Аналогом является сушилка для суспензий и пастообразных материалов на инертных телах [SU 1666898 A1], содержащая цилиндро-коническую камеру взвешенного слоя, барабан для тангенциального ввода теплоносителя с конусом, соосные с камерой диффузор и кольцо и боковое фильерное устройство.
Недостатками данной конструкции являются:
- незначительная высота рабочего слоя инертных тел;
- недостаточная кинетическая энергия инертных тел для удаления высохших пленок материалов, проявляющих при высыхании ощутимую адгезию к поверхности инертных тел;
- нарушение устойчивости гидродинамического режима при попытках дальнейшего увеличения производительности сушилки за счет увеличения общего расхода теплоносителя;
- нестабильность гидродинамики взвешенного слоя при увеличении количества носимых инертных тел.
Прототипом является сушилка для пастообразных материалов на инертных телах [RU 2689495 C2, МПК F26B 17/10 (2006.01), F26B 3/088 (2006.01)], содержащая биконическую камеру, сепарационную камеру, центральный цилиндр с коаксиальными диффузорами, слой инертных тел, барабан с тангенциальными вводами теплоносителя, секционированный регулятор расхода теплоносителя, фильерный питатель влажного материала, направляющие пластины и окна.
Сушилка работает следующим образом.
3
-3
В биконическую камеру загружаются инертные тела (гранулы округлой формы, близкой к сферической, плотностью 1050…2400 кг/м, диаметром (2,3…3,1)⋅10м. Теплоноситель, подаваемый через тангенциальные вводы барабана, воздействует на слой инертных тел и приводит его во взвешенное состояние. При этом образуется плотный кольцеобразный закрученный полидисперсный слой инертных тел. Высота слоя инертных тел при такой организации подачи теплоносителя является характерной для аппаратов с конической формой рабочей камеры. В нижней части слоя вертикальная составляющая скорости теплоносителя составляет 1,5…1,8 скорости витания инертных тел. В верхней части сушилки площадь поперечного сечения существенно увеличивается, что обусловливает снижение скорости теплоносителя до 1,1…1,2 скорости витания и является ограничительным условием высоты рабочего слоя взвешенных тел. Через центральный цилиндр подается дополнительный теплоноситель, который дифференцированно распределяется по высоте слоя таким образом, что в каждом последующем по высоте сечении сушилки удельный расход суммарного теплоносителя близок к оптимальному для выполнения условия существования взвешенного слоя. Расход дополнительного теплоносителя регулируется отдельно по каждому диффузору с помощью секционированного регулятора расхода. Таким образом, дифференцированное по высоте введение дополнительного теплоносителя позволяет увеличить высоту рабочего слоя инертных тел и ввести в аппарат дополнительное количество инертного носителя.
Дополнительный теплоноситель подается через коаксиальные диффузоры, расположенные внутри центрального цилиндра. Струйная по радиусу и распределенная по высоте подача дополнительного теплоносителя обусловливает локальное активное перемешивание слоя инертных тел, что способствует интенсификации тепломассообмена по всему объему взвешенного слоя инертных тел.
К недостаткам этой сушилки следует отнести следующее:
- дополнительному вращательному движению подвергается все поперечное сечение потока закрученного инертного носителя, что может привести при повышенных скоростях дополнительного теплоносителя к нежелательному пристенному уплотнению слоя инертных тел под действием центробежной силы и прорыву теплоносителя по центральной области сушилки, приводящему к снижению степени отработки теплоносителя;
- при локальном закручивании всего поперечного сечения вращающегося слоя не реализуется эффект ударного струйного взаимодействия инертных тел;
- отсутствует возможность раздельного регулирования температуры дополнительного теплоносителя по коаксиальным диффузорам;
- отсутствуют конструктивные внутренние поверхности, способствующие дополнительному процессу истирания и отслаивания высушиваемого продукта.
Целью изобретения является интенсификация процесса сушки пастообразных материалов. Цель достигается тем, что установка для сушки пастообразных материалов в закрученном взвешенном слое инертных тел, содержащая биконическую камеру взвешенного закрученного слоя инертных тел, сепарационную камеру, тангенциальные вводы основного теплоносителя, центральный конус, фильерный питатель влажного продукта, отличающаяся тем, что для создания поперечных струйных потоков инертных тел используются внутренние секторные пластины, распределенные по высоте рабочей камеры, и раздельные вводы дополнительного теплоносителя.
При анализе известных технических решений не обнаружены решения, имеющие признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого изобретения. На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что заявленное техническое решение обладает существенными отличиями.
На фиг.1 схематично изображена предлагаемая сушилка; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг.1; на фиг. 5 - развертка внутренней поверхности рабочей камеры.
Сушилка содержит биконическую камеру 1, сепарационную камеру 2, тангенциальные вводы дополнительного теплоносителя 3, взвешенный слой инертных тел 4, тангенциальные вводы основного теплоносителя 5, секторные пластины 6, центральный конус 7, фильерный питатель влажного продукта 8.
Сушилка работает следующим образом.
3
-3
В биконическую камеру 1 загружаются инертные тела 4 (гранулы округлой формы, близкой к сферической, плотностью 1050…2400 кг/м, диаметром (2,3…3,1)*10м (гранулированные полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат, фторопласт). Основной теплоноситель, подаваемый через тангенциальные вводы 5, воздействует на слой инертных тел и приводит его во взвешенное состояние. При этом образуется плотный кольцеобразный закрученный слой 4 инертных тел. Конус 7 устраняет образование застойной зоны в нижней части аппарата. Высота слоя инертных тел и его структура при указанной организации подачи теплоносителя является характерной для аппаратов с конической формой рабочей камеры. В нижней части слоя вертикальная составляющая скорости теплоносителя составляет 1,6..1,9 скорости витания инертных тел. В верхней части сушилки площадь поперечного сечения существенно увеличивается, что обусловливает снижение скорости теплоносителя до 1,1…1,2 скорости витания инертных тел и является ограничительным условием высоты рабочего слоя. Затем через тангенциальные вводы 4 подается дополнительный теплоноситель, расход которого дифференцированно регулируется по высоте слоя таким образом, что в каждом последующем по высоте сечении сушилки удельный расход суммарного теплоносителя близок к оптимальному для выполнения условия существования взвешенного слоя. Температура дополнительного теплоносителя регулируется отдельно по каждому вводу. Таким образом, дифференцированное по высоте введение дополнительного теплоносителя позволяет существенно увеличить высоту взвешенного слоя инертных тел, стабилизировать его высоту и, соответственно, ввести в аппарат дополнительное количество носимых инертных тел (по сравнению с прототипом на 23…28 % больше). Температура дополнительного теплоносителя может регулироваться отдельно по каждому вводу в зависимости от технологии процесса сушки конкретных продуктов. Для организации тангенциальной направленности дополнительного потока теплоносителя и формирования поперечно направленных активных струйных потоков инертных тел установлены под углом 8..10° к горизонтальной плоскости секторные пластины 6 таким образом, чтобы поток дополнительного теплоносителя обтекал как верхнюю, так и нижнюю поверхности пластин. Конструктивно для пластин ширина полки выбирается в пределах 0,22…0,25 от радиуса аппарата, угол раскрытия пластин α равен 82°…85°. При этом реализуется дополнительная активная обкатка влажного материала по поверхности инертных тел и сопутствующее удаление высохшей части целевого продукта с использованием обеих сторон секторных пластин. Струйная по горизонтальной плоскости и распределенная по высоте рабочей камеры сушилки дифференцированная подача дополнительного теплоносителя обусловливает локальное активное перемешивание основного слоя инертных тел при ударном взаимодействии основного потока инертных тел с высокоскоростными поперечными струйными потоками инертных тел, что способствует дополнительной интенсификации тепломассообмена по всему объему закрученного слоя. Кроме того, инертные тела, захваченные струями дополнительного теплоносителя, поперечно-ударно воздействуют на основной взвешенный слой инертных тел, что активирует как дополнительное перераспределение влажного материала по поверхности инертных частиц, так и активное отслаивание уже высохшего материала. Скорость теплоносителя в струе инертных тел может превышать вертикальную скорость витания инертных тел в данном сечении аппарата в 4…6 раз, поддерживая оптимальные условия вращения слоя с сопутствующим локальным увеличением коэффициентов тепло- массопереноса. Кроме того, во избежание проскока основного закрученного потока инертных тел по высоте сушилки каждая горизонтальная секция пластин повернута по отношению к нижележащей на 90°(как представлено на фиг.4), что обеспечивает полную дополнительную закрутку всего объема основного слоя инертных тел. На фиг. 5 (развертка внутренней поверхности рабочей камеры сушилки) показаны характерные следы траектории инертных тел, оставленные на внутренней поверхности рабочей камеры. Визуализация следов траектории инертных тел получена применением индикаторной краски, чуствительной к истиранию и нанесенной на внутреннюю поверхность рабочей камеры (сплошные стрелки - траектория движения инертных тел основного слоя, пунктирные стрелки - траектория движения инертных тел, захваченных струйными потоками дополнительного теплоносителя).
Следует отметить, что при струйной подаче дополнительного теплоносителя отмечается достаточно четко выраженное дополнительное вращательное движение основной массы инертных тел без признаков вырождения вращения слоя по высоте аппарата. Регулирование массового расхода дополнительного теплоносителя позволяет устанавливать требуемую структуру потока инертных тел в рабочей камере, что является многофакторной задачей, связанной с индивидуальными свойствами конкретных высушиваемых продуктов. Возврат инертных тел, освободившихся от высушенного продукта, в нижнюю часть сушилки происходит, в основном, по центральной осевой части сушилки. Таким образом, организуется циркуляционная постоянная замена инертных тел в зоне подачи влажного материала, что способствует улучшению условий нанесения и перераспределения влажного материала и пространственному разделению стадий нанесения влажного материала на поверхность инертных тел, сушки и отслаивания высушенного продукта. Применение раздельной струйной подачи дополнительного теплоносителя по высоте аппарата предоставляет возможность восстановления работоспособности сушилки при аварийной остановке из-за перегрузки по влажному продукту. С этой целью повышают расход дополнительного теплоносителя в 1,7…2.2 раза по отношению к оптимальному при отключенной подаче влажного продукта и выдерживают этот режим до полного очищения внутренней поверхности аппарата.
Экспериментальная проверка проводилась (по аналогии с прототипом) при сушке лизина. По сравнению с прототипом при равных габаритных размерах производительность предлагаемой сушилки больше на 24…28 % (в зависимости от начальной влажности продукта) за счет:
- существенного увеличения (до 27-30%) объема устойчиво носимого количества инертных тел в рабочей зоне сушилки и связанного с этим возрастанием эффективной площади тепломассообмена аппарата в целом;
- раздельного регулирования параметров основного и дополнительного теплоносителя;
-применения активного поперечного ударного контакта инертных тел основного слоя и инертных тел, захваченных струями дополнительного теплоносителя;
- использования дополнительных поверхностей секторных пластин для интенсивной обкатки инертных тел с нанесенным влажным материалом при сопутствующем разрушении образующихся агрегатов из инертных тел;
Использование предлагаемой сушилки обеспечивает по сравнению с существующими конструкциями следующие преимущества:
- применение дифференцированной подачи дополнительного теплоносителя с независимыми параметрами позволяет более полно использовать рабочий объем сушильной камеры при существенном увеличении эффективной площади тепломассообмена (до 30…32%);
- появляется возможность локального (по высоте слоя) регулирования количества и температуры дополнительного теплоносителя, вводимого в закрученный слой инертных тел;
- повышение степени отработки теплоносителя за счет увеличенной высоты закрученного слоя инертных тел;
- перераспределение влажного материала между инертными телами в процессе обкатки по поверхности секторных пластин при сопутствующем увеличении эффективной площади тепломассообмена и уменьшении неоднородности толщины слоя влажного материала на поверхности инертных тел за счет использования активного поперечного ударного контакта инертных тел основного слоя и инертных тел, захваченных струями дополнительного теплоносителя;
- локальная интенсификация процессов тепломассообмена в зонах ударного поперечного контакта частиц инертных тел основного слоя и инертных тел, ускоряемых струями дополнительного теплоносителя;
- активное механическое разрушение агрегатов из инертных тел и влажного материала в зоне струйного контакта, что существенно повышает устойчивость работы сушилки и уменьшает вероятность аварийной остановки при больших неоднородностях подачи высушиваемого материала;
- устойчивая работа сушилки как при малом расходе влажного материала, так и при близком к предельному.
- эффективная постоянная зачистка поверхности рабочей камеры за счет высокоскоростных струйных потоков дополнительного теплоносителя;
- возможность выхода из аварийного режима без вскрытия сушилки.