РАСПЫЛИТЕЛЬНАЯ СУШИЛКА
SPRAY DRYER

Изобретение относится к сушильной технике, в частности к установкам для сушки растворов и суспензий, и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является распылительная сушилка для сушки растворов по патенту РФ №2473853, F26В 17/10, содержащая сушильную камеру с газоподводящим коробом, и форсунку (прототип).
Недостаток известных сушильных установок заключается в том, что при подаче исходного материала (раствора, суспензии) через форсунку не удается достигнуть равномерной сушки исходного материала и имеет место налипание высушиваемого материала на стенки сушильной камеры.
Технический результат - повышение производительности установки путем уменьшения налипания высушиваемого материала на стенки сушильной камеры.
Это достигается тем, что распылительная сушилка содержит цилиндроконическую сушильную камеру, цилиндрический корпус, конические крышку и днище, воздуховод для подачи теплоносителя, охватывающий корпус сушилки снаружи, причем на днище размещено скребковое устройство с приводным валом, снаружи корпуса расположен короб с циклонами, выход которых соединен воздуховодом со входом вентиляторов, установленных на крышке сушильной камеры, а нагнетающие магистрали вентиляторов соединены посредством патрубков со скруббером, в верхней части которого расположен коллектор с форсунками, который соединен с подающей магистралью и нагнетающим насосом, теплоноситель из воздухоподогревателя по магистрали поступает в воздуховод для подачи в сушильную камеру, скребковое устройство представляет собой рычаг, центр которого соединен с приводным валом, а плечи выполнены наклонными и параллельными образующим конической поверхности днища, причем к плечам рычага жестко прикреплены скребки, выполненные из материала, инертного по отношению к исходному раствору, суспензии, а к днищу сушильной камеры присоединен конический короб, в нижней части которого расположено дополнительное скребковое устройство, выполненное в виде рычага, центр которого соединен с приводным валом, а плечи выполнены горизонтальными и параллельными горизонтальной поверхности днища конического короба, в котором расположен бункер для сбора готового продукта, а в нижней части установлен вибратор, а форсунка содержит полый корпус с соплом и центральным сердечником, корпус выполнен с каналом для подвода жидкости и содержит соосную, жестко связанную с ним втулку, с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с, соосным с ней, центральным сердечником, имеющим центральное отверстие, и установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, при этом кольцевой зазор соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени, причем кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода жидкости, центральному сердечнику, в его нижней части, жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса, соосного центральному отверстию сердечника, и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника, а к нижнему основанию усеченного конуса, посредством по крайней мере трех спиц, прикреплен рассекатель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, а на внешней боковой поверхности усеченного конуса имеются винтовые канавки, при этом в рассекателе, который прикреплен к нижнему основанию усеченного конуса, посредством по крайней мере трех спиц, и выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, осесимметрично центральному отверстию центрального сердечника выполнено дроссельное отверстие. К втулке форсунки, жестко связанной с корпусом, в ее нижней части, соосно прикреплен внешний диффузор, а к нижнему основанию усеченного конуса распылителя, жестко прикрепленного к центральному сердечнику, в его нижней части, соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор, таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости, при этом на внешней боковой поверхности усеченного конуса имеются винтовые канавки.
На фиг. 1 изображена схема распылительной сушилки, на фиг. 2 - схема форсунки, на фиг. 3 - вариант форсунки согласно изобретению.
Распылительная сушилка содержит цилиндроконическую сушильную камеру 5 (фиг. 1), корпус 13 которой выполнен цилиндрическим, а крышка 14 и днище 15 - коническими. На корпусе 13, под крышкой 14, расположен воздуховод 16 для подачи теплоносителя, который выполнен в виде тороидальной поверхности, в сечении имеющей прямоугольную форму и охватывающей снаружи корпус 13. В воздуховоде 16 прорезаны радиальные пазы, например, прямоугольной, квадратной или круглой формы, оси которых совпадают с осями пазов 17, выполненных в корпусе 13.
На днище 15 размещено скребковое устройство 7, представляющее собой рычаг 19, центр которого соединен с приводным валом 18 скребкового устройства 7, а плечи которого выполнены наклонными и параллельными образующим конической поверхности днища 15, причем к плечам рычага жестко прикреплены скребки 20, выполненные из материала, инертного по отношению к исходному раствору, суспензии.
К днищу 15 сушильной камеры 5 присоединен конический короб 21, в нижней части которого расположено дополнительное скребковое устройство 22, представляющее собой рычаг, центр которого соединен с приводным валом 18 скребкового устройства 7, а плечи которого выполнены горизонтальными и параллельными горизонтальной поверхности днища конического короба 21, к плечам рычага жестко прикреплены скребки 23, выполненные из материала, инертного по отношению к исходному раствору, суспензии.
В днище конического короба 21 расположен бункер 24 для сбора готового продукта, в нижней части которого установлен вибратор 25, причем бункер соединен с ленточным транспортером (на чертеже не показан) для последующего технологического цикла. Сушильная камера 5 установлена на постаменте 26.
Снаружи корпуса 13 расположен короб 9 с, по крайней мере двумя, циклонами 8, 39. Короб 9 выполнен в виде тороидальной поверхности, в сечении имеющей прямоугольную форму и охватывающей снаружи корпус 13. Короб 9 расположен на коническом коробе 21 и соединен с ним посредством отверстий 27 для улавливания пыли готового продукта с последующим использованием ее в скруббере 10. Выход циклонов 8 соединен воздуховодом 38 с входом, по крайней мере двух, вентиляторов 4, 40, установленных на крышке 14 сушильной камеры 5, а нагнетающие магистрали вентиляторов 4, 40 соединены посредством патрубков 28, 41 со скруббером 10. В верхней части скруббера 10 расположен коллектор 29 с, по крайней мере одной, форсункой 30, а также зонт 31 для выхода отработанного теплоносителя. Коллектор 29 соединен с подающей магистралью 32 и нагнетающим насосом 11. Из бункера скруббера 10 исходный раствор, смешанный с пылью продукта, направляется по магистрали 33 в емкость 34, которая гидравлически, трубопроводом 35, связана с емкостью исходного раствора 12. Из емкости 34 насосом 36 исходный раствор, смешанный с пылью продукта, по магистрали 37 нагнетается в форсунку 6, расположенную соосно с корпусом 13 сушильной камеры 5 на уровне δ=(0,5…1,0)h прорезанных радиальных пазов 17 высотой h воздуховода 16. Уровень δ - это расстояние между верхней плоскостью радиальных пазов 17 и плоскостью разъема между форсункой 6 и магистралью 37.
Воздух через фильтр 3 вентилятором 42 нагнетается в воздухоподогреватель 2, в который также поступают топочные газы, образующиеся при сгорании топлива в топке 1, которые, отдав свое тепло воздуху в воздухоподогревателе 2, уходят по трубе 44 через зонт 45 в атмосферу. Теплоноситель из воздухоподогревателя 2 по магистрали 43 поступает в воздуховод 16 для подачи в сушильную камеру 5.
Форсунка (фиг. 2) содержит полый корпус, состоящий из цилиндрической части 46 с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости, конической переходной части 47 и цилиндрической части 48 с большим размером диаметрального сечения, с внутренней резьбовой поверхностью. Соосно корпусу, в его нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью 51 с внешней резьбой, взаимодействующей с цилиндрической частью 48 корпуса. Цилиндрическая поверхность 51 сопла переходит в коническую поверхность 49 и замыкается торцевой, перпендикулярной оси корпуса, глухой перегородкой 50, с жиклером 55 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 50 сопла. Корпус и сопло образуют три, соосных между собой внутренних цилиндрических камеры. Камера 52 служит для подвода жидкости, камера 53 является расширительной камерой, камера 54 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 57 для прохода жидкости и горизонтальных каналов 56, которые пересекаются на конической боковой поверхности 49 сопла и образуют выходные отверстия каждого из жиклера. При этом вертикальные каналы 57 соединены с полостью расширительной камеры 53, а горизонтальные каналы 56 - с полостью нагнетательной камеры 54.Парные каналы 56 и 57 расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса. Коническая боковая поверхность 49 сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°.
Распылительная сушилка работает следующим образом.
Воздух через фильтр 3 вентилятором 42 нагнетается в воздухоподогреватель 2, в который также поступают топочные газы, образующиеся при сгорании топлива в топке 1, которые, отдав свое тепло воздуху в воздухоподогревателе 2, уходят по трубе 44 через зонт 45 в атмосферу. Теплоноситель из воздухоподогревателя 2 по магистрали 43 поступает в воздуховод 16 для подачи в сушильную камеру 5.
Из воздуховода 16 теплоноситель поступает через прорезанные радиальные пазы 17 в сушильную камеру 5. Одновременно из емкости 34 насосом 36 исходный раствор, смешанный с пылью продукта, по магистрали 37 нагнетается в форсунку 6, расположенную соосно с корпусом 13 сушильной камеры 5.
Посредством скребкового устройства 7 готовый продукт поступает в конический короб 21, затем через дополнительное скребковое устройство 22 в бункер 24 для сбора готового продукта, в нижней части которого установлен вибратор 25, причем бункер соединен с ленточным транспортером (на чертеже не показан) для последующего технологического цикла.
Пыль готового продукта улавливается циклонами 8,39, расположенными в коробе 9, для улавливания пыли готового продукта с последующим использованием ее в скруббере 10. Из бункера скруббера 10 исходный раствор, смешанный с пылью продукта, направляется по магистрали 33 в емкость 34, которая гидравлически, трубопроводом 35, связана с емкостью исходного раствора 12.
Работа форсунки осуществляется следующим образом.
При подаче жидкости в корпус форсунки под действием перепада давления 0,4…0,8 МПа в каналах 56 и 57 образуются встречные потоки жидкости, устремляющиеся к выходным отверстиям жиклеров, образованных этими каналами. После столкновения потоков жидкости в каналах 56 и 57, и истечения через выходные отверстия жиклеров происходит образование веерообразного газожидкостного потока в виде пелены, т.е. реализуется механизм дробления капель жидкости, но генерируемый пеленообразный 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 55 в глухой перегородке 50 распылителя. Такое распределение распыляемой жидкости позволяет повысить равномерность распыления жидкости над центральной частью орошаемой поверхности.
На фиг. 3 представлен вариант конструктивной схемы форсунки.
Форсунка содержит цилиндрический полый корпус 58 с каналом 60 для подвода жидкости и соосную, жестко связанную с корпусом втулку 59 с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки 61, верхняя цилиндрическая ступень 63 которой соединена посредством резьбового соединения с, соосным с ней, центральным сердечником 64, имеющим центральное отверстие 66, и установленным с кольцевым зазором 67 относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки 61.
Кольцевой зазор 67 соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами 62, выполненными в двухступенчатой втулке 61, соединяющими его с кольцевой полостью 65, образованной внутренней поверхностью втулки 59 и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени 63, причем кольцевая полость 65 связана с каналом 60 корпуса 58 для подвода жидкости.
К центральному сердечнику 64, в его нижней части, жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса 68, соосного центральному отверстию 66 сердечника, и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника 64, а к нижнему основанию усеченного конуса 68, посредством, по крайней мере, трех спиц 70, прикреплен рассекатель 69, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 67.
На внешней боковой поверхности усеченного конуса 68 имеются винтовые канавки (на чертеже не показано), которые способствуют более интенсивному распыливанию жидкости.
В рассекателе 69, который прикреплен к нижнему основанию усеченного конуса 68, посредством, по крайней мере, трех спиц 70, и выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 67, осесимметрично центральному отверстию 66 центрального сердечника 64, выполнено дроссельное отверстие 71.
Возможен вариант, когда к втулке 59, жестко связанной с корпусом 58, в ее нижней части соосно прикреплен внешний диффузор 72, а к нижнему основанию усеченного конуса 68 распылителя, жестко прикрепленного к центральному сердечнику 64, в его нижней части, при этом на внешней боковой поверхности усеченного конуса 68 имеются винтовые канавки, соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор 73, таким образом, что выходные сечения внешнего 72 и внутреннего 73 диффузоров, лежат в одной плоскости.
Работа форсунки осуществляется следующим образом.
Жидкость под давлением подается в полость корпуса форсунки 58 и затем поступает по двум направлениям: первое - в кольцевую полость 8 через радиальные каналы 62, затем в кольцевой зазор 67 между соплом и центральным сердечником 64. При давлениях на входе более 0,2 МПа жидкость разгоняется с образованием пленки жидкости, которая не отрывается от его внешней поверхности и приобретает вращательное движение на винтовой внешней поверхности усеченного конуса 68.
Второе направление, по которому поступает жидкость - через канал 60 для подвода жидкости в полость центрального отверстия 66 центрального сердечника 64, а затем через полость усеченного конуса 68 поступает на рассекатель 69, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 67, при этом происходит многократное дробление капельных потоков жидкости, истекающих по этим направлениям.
Наличие газовых включений в жидкости дополнительно возмущает ее поверхность, что приводит к волнообразованию и объемному дроблению жидкостной пленки. Потери механической энергии при внешнем разгоне (по внешней конической поверхности) уменьшаются по сравнению с таким же разгоном в закрытом канале.
Форсунка может использоваться в различных технологических процессах, в которых требуется обеспечить высокую эффективность тепломассообменных процессов при распылении жидкостей.