УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУШКИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Предлагаемая конструкция относится к устройствам для сушки частиц дисперсного материала во взвешенном состоянии и может найти применение в химической, нефтехимической, деревообрабатывающей, горноперерабатывающей, металлургической, строительной, автодорожной, биохимической, фармакологической и других отраслях промышленности и в экологических процесса при сушке вторичных дисперсных твердообразных отходов.
Известна конструкция пневматической трубы-сушилки, включающей вентилятор, топки, питатель, пневмотрубу, циклон и дымосос [М.В. Лыков, Сушилка в химической промышленности. - М. Химия, 1970, С. 226].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся недостаточная производительность по высушиваемому материалу из-за жесткого крепления пневмотрубы на опоре. Неподвижность пневмотрубы приводит к малой разности скоростей сушильного агента горячего воздуха или топочных газов относительно поверхности частиц дисперсного материала, что снижает тепло- и массоперенос от этой поверхности к сушильному агенту.
Известная конструкция пневматической сушилки, содержащая восходящую и нисходящую ветви трубы одинакового диаметра, ветвь рецикла с газоподводящим патрубком, горизонтальную вихревую камеру, размещенную между восходящей и нисходящей ветвями, подключенными к вихревой камере тангенциально и выполненную в виде двух конусов, состыкованных меньшими сторонами посредством цилиндрической катушки, и вставку, установленную внутри катушки, при этом вставка выполняется в виде сильфона для улавливания частиц, а тангенциальный патрубок присоединен к сильфону [Патент на полезную модель №106733, F26B 17/10, 2011].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невысокая скорость сушки, особенно частиц тонкодисперсной фазы, когда скорости сушильного газового агента и частиц практически равны, из-за жесткого крепления обеих ветвей трубы, ветви рецикла с газоподводящим патрубком, горизонтальной вихревой камерой на опоре. В этом случае скорости тепло- и массопереноса от поверхности частиц к сушильному агенту малы, что снижает производительность по высушиваемому материалу.
Известна конструкция устройства для сушки дисперсных материалов, включающая вертикально установленную трубу Вентури, снабженную загрузочным патрубком, и подсоединенный к трубе сепаратор переменного сечения, при этом диффузор трубы Вентури эксцентрично встроен в сепаратор и выходное окно диффузора расположено в плоскости наибольшего сечения сепаратора (авт. св. СССР №534625, F26B 17/10, 1977).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится небольшая разность скоростей сушильного агента и частиц дисперсного материала, из-за жесткого крепления трубы сепаратора, диффузора трубы Вентуре, что приводит к малой скорости переноса влаги с поверхности частиц в сушильный агент и снижению производительности.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип относится устройство для сушки дисперсных материалов по ав. св. №534625, включающее вертикально установленную трубу Вентури, эксцентрично размещенную в сепараторе переменного сечения, снабженном загрузочным и разгрузочным патрубками, и цилиндрическую обечайку, установленную в сепараторе соосно с диффузором и частично охватывающую выходной конец диффузора (авт. св. СССР №645010, F28B 17/10, 1979).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невысокая производительность по высушиваемым частицам тонкодисперсной фазы из-за малой разности скоростей сушильного агента относительно поверхности частиц высушиваемого материала, из-за жесткого соединения трубы Вентури с опорой, что снижает скорость массопереноса влаги от поверхности этих частиц к сушильному агенту.
Техническим результатом предлагаемого устройства для сушки дисперсных материалов является увеличение производительности.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для сушки дисперсных материалов, содержащем вертикально установленную трубу Вентури, эксцентрично размещенную в сепараторе переменного сечения, снабженном загрузочным и разгрузочным патрубками, и установленную в сепараторе соосно с диффузором и частично охватывающую выходной конец диффузора цилиндрическую обечайку отличающемся тем, что обечайка закреплена на цилиндрических пружинах, а длина обечайки определяется из выражения:
где  - длина обечайки, м;
с - скорость звука в газовом сушильном агенте, м/с;
m - масса обечайки, кг;
а
- упругость каждой цилиндрической пружины, Н/м;
n - число цилиндрических пружин.
Установка цилиндрической обечайки на цилиндрических пружинах заставляет под действием потока газового сушильного агента обечайку совершать осевые колебания, приводящие к интенсификации массообмена между частицами дисперсной фазы и сушильным агентом, увеличивает разность скоростей частиц и сушильного агента, а, значит, приводит к росту производительности всего процесса сушки.
Выполнение цилиндрической обечайки длиной, определяемой выражением (1), позволяет вести процесс сушки в цилиндрической обечайке, совершающей осевые колебания в резонансном режиме с потоком газового сушильного агента, движущегося внутри этой цилиндрической обечайки, то есть совершать осевые колебания с большой амплитудой. Это приводит к значительной разности скоростей высушиваемых частиц, особенно тонкодисперсных фракций, и потока газового сушильного агента, что увеличивает скорость массопереноса влаги от поверхности частиц к газовому сушильному агенту, а, значит, приводит к росту производительности всего процесса сушки.
Как известно, собственная частота колебаний газа, движущегося в трубе, роль которой выполняет цилиндрическая обечайка, определяется уравнением
а собственная частота колебаний пружинного маятника, каким является цилиндрическая обечайка, подвешенная на цилиндрических пружинах
(все обозначения параметров уравнений (2) и (3) приведены в формуле полезной модели и под уравнением (1) в тексте заявки), (Элементарный учебник физики / Под редакцией Г.С. Ландсберга. Издание 10-е переработанное. Том 3. - М.: 1986, С. 510).
Приравнивая правые части уравнение (2) и (3) получаем выражение (1).
Таким образом, установка цилиндрической обечайки в сепараторе на цилиндрических пружинах при длине цилиндрической обечайки, определяемой по выражению (1), позволяет интенсифицировать процесс массопереноса влаги от поверхности частиц, особенно тонкодисперсных фракций, к потоку газового сушильного агента за счет резонансных осевых колебаний цилиндрической обечайки, частота которых совпадает с частотой собственных колебаний газового сушильного агента, движущегося внутри цилиндрической обечайки, что приводит к возрастанию амплитуды ее осевых колебаний, обеспечивающих возрастание разницы скоростей высушиваемых частиц относительно газового сушильного агента и росту производительности.
На чертеже представлена схема устройства для сушки дисперсных материалов, вертикальный разрез.
Устройство содержит трубу Вентури, состоящую из конфузора 1, горловины 2 и диффузор 3, цилиндрическую обечайку 4, частично охватывающую выходной конец диффузора 3, загрузочный патрубок 5, сепаратор 6 переменного сечения, газоотводящий 7 и разгрузочный 8 патрубки, генератор 9 газового сушильного агента. Цилиндрическая обечайка 4 установлена на вертикальных цилиндрических пружинах 10 внутри сепаратора 6.
Устройство работает следующим образом.
Газовый сушильный агент из генератора 9 поступает в конфузор 1, приобретает разгон в горловине 2 и поступает в диффузор 3. Частицы дисперсного материала загружаются через патрубок 5, подаются в диффузор 3 и двигаются под действием силы тяжести вниз навстречу газовому сушильному агенту, скорость падающих под действием силы тяжести частиц дисперсной фазы постепенно замедляется за счет уменьшения их влажности, а затем они начинают по мере высушивания подниматься вверх и попадают из диффузора 3 в обечайку 4. Так как обечайка 4 совершает осевые резонансные колебания с большой амплитудой, и их частота совпадает с частотой собственных колебаний частиц сушильного агента, движущегося вверх в обечайке 4, то частицы дисперсного материала, находясь внутри обечайки 4, совершают аналогичные колебания, что за счет инерции этих частиц обеспечивает высокую разность скоростей газового сушильного агента относительно скоростей частиц дисперсной фазы, особенно ее тонкодисперсных фракций. Это приводит к росту массопереноса влаги от поверхности высушиваемых частиц к газовому сушильному агенту. Высушенные частицы крупных фракций выпадают вниз в сепаратор 6 через кольцевой зазор, образованный нижней частью обечайки 4 и верхней частью диффузора 3, а тонкие фракции высушиваемых частиц попадают в сепаратор 6 через верхнюю часть обечайки 4. Отработанный газовый сушильный агент выбрасывается через патрубок 7, а высушенные частицы дисперсного материала выводятся из сепаратора 6 через патрубок 8.
Пример. Определение длины  обечайки 4 из выражения (1) при численных значениях параметров:
Скорость звука в газовом сушильном агенте - горячем воздухе при температуре
t=100°C; c=245 м/с.
Масса обечайки 4:
m=2 кг.
Упругость цилиндрической пружины 10:
6
a=1,1⋅10 Н/м.
Число цилиндрических пружин 10:
n=3.
Подставляя выбранные численные значения параметров в выражение (1), получаем длину  цилиндрической обечайки 4^
Определим собственную частоту колебаний горячего воздуха в цилиндрической обечайке 4 по уравнению (2).
Определим частоту колебаний пружинного маятника, каким является цилиндрическая обечайка 4, установленная на цилиндрических пружинах 10 внутри сепаратора 6 по уравнению (3).
Таким образом, установка цилиндрической обечайки 4 на цилиндрических пружинах 10 внутри сепаратора 6 и выполнение цилиндрической обечайки 4 длиной , определяемой выражением (1), позволяет обеспечивать резонансный режим осевых колебаний цилиндрической обечайки 4 и собственных колебаний газового сушильного агента, движущегося внутри этой цилиндрической обечайки 4 с большой амплитудой, а значит увеличить разность скорости частиц (особенно тонкодисперсных фракций) относительно скорости газового сушильного агента, что увеличивает интенсивность массообмена и скорость сушки, и, следовательно, приводит к росту производительности всего процесса сушки.