УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ПАСТООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЗАКРУЧЕННОМ ВЗВЕШЕННОМ СЛОЕ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ ИНЕРТНЫХ ТЕЛ
UNIT FOR DRYING PASTE-LIKE MATERIALS IN A SWIRLED SUSPENDED LAYER OF POLYDISPERSE INERT BODIES

Изобретение относится 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 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.
К недостаткам этой сушилки следует отнести следующее:
а) незначительная высота рабочего слоя инертных тел;
б) недостаточная кинетическая энергия взаимодействующих инертных тел для удаления высохших пленок материалов, проявляющих при высыхании ощутимую адгезию к поверхности инертных тел;
в) при  дальнейшем увеличении производительности сушилки за счет увеличения общего расхода теплоносителя и носимых инертных тел наблюдается существенное увеличение количества уносимого  с отработанным теплоносителем еще  влажного материала в виде чешуйчатых частиц, а также ощутимого  количества  инертных тел, что отражается на качестве продукта (наличие инертных тел в готовом продукте) и приводит к большой неоднородности по конечной влажности продукта.
Прототипом является установка для сушки пастообразных материалов в закрученном взвешенном слое полидисперсных инертных тел (RU  2705335 С1),  содержащая биконическую камеру, сепарационную камеру, фильерный питатель влажного материала,  слой полидисперсных инертных тел, барабан с тангенциальными вводами   теплоносителя  и центральным конусом, центробежный классификатор с электрическим приводом и  подвижное регулировочное кольцо.
Установка для сушки  работает следующим образом.
3
-3
В биконическую камеру загружаются полидисперсные инертные тела   (гранулы округлой формы, близкой к сферической, плотностью 1050…2400 кг/м, диаметром (3,0…5,1)*10м (гранулированные полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат, фторопласт). 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, в который через питатель   вводится влажный материал, последний распределяется по поверхности  инертных тел и подвергается процессу конвективной сушки.
В ходе непрерывного процесса удаления влаги высохший материал отслаивается с поверхности инертных тел, дополнительно истирается в слое инертных тел и удаляется из установки в виде аэровзвеси вместе с отработанным теплоносителем. Выходной патрубок оснащен центробежным классификатором с электрическим приводом и  подвижным регулировочным кольцом. При вращении центробежного классификатора отходящий поток отработанного теплоносителя с пылевидным высушенным материалом подвергается интенсивному закручиванию лопастями классификатора, что приводит к выбрасыванию через окна в выходном патрубке за счет центробежной силы  и возврату в слой крупных  или тяжелых (недостаточно высохших) частиц материала. В дальнейшем эти частицы материала досушиваются или измельчаются в закрученном слое инертных тел. Также происходит и возврат в слой той части инертных тел, которая случайным образом попала в выходной патрубок.
К недостаткам этой установки для сушки пастообразных материалов следует отнести следующее:
а)  совмещение отдельных видов воздействия на высушенный продукт, а именно, выделение из общего потока аэровзвеси целевой фракции для возврата во взвешенный слой и одновременное разрушение крупнодисперсных частиц высушенного продукта на лопастях центробежного классификатора значительно ограничивает возможности сушильной установки по дальнейшему увеличению производительности при неизменных габаритах аппарата. Например,  для выделения из общего потока отходящей аэровзвеси  целевой крупнодисперсной фракции для возврата во взвешенный слой, требуется скорость вращения в пределах 600…650  оборотов в минуту. А для того же продукта  при контакте с пластинами классификатора эффективное разрушение крупнодисперсных частиц достигается при 2500..2800 оборотов в минуту. Такое рассогласование оптимальных условий проведения указанных стадий процесса воздействия  на высушенный продукт не позволяет проводить дальнейшее оптимальное увеличение производительности указанной сушильной установки в тех же габаритах;
б) при небольших числах оборотов классификатора (300…500 оборотов в минуту) практически не используется механизм ударно-вихревого разрушения крупнодисперсных частиц, особенно эффективного для частиц чешуйчатой формы.
Целью изобретения является интенсификация процесса сушки пастообразных материалов.
Цель достигается тем, что установка для сушки пастообразных материалов в закрученном взвешенном слое полидисперсных инертных тел, содержащая биконическую камеру, сепарационную камеру, фильерный питатель влажного материала,  слой полидисперсных инертных тел, барабан с тангенциальными вводами   теплоносителя и центральным конусом, выходную центральную трубу и центробежный классификатор с электрическим приводом, отличающаяся тем, что на выходной центральной трубе с возможностью вертикального перемещения установлено вращающееся кольцо с отдельным электроприводом с регулируемым числом оборотов, при  этом вращающееся кольцо имеет прорези в верхней своей части, предназначенные для прохождения через них целевой части аэровзвеси,  которая отделена классификатором от основного,  удаляемого из сушильной установки потока аэровзвеси.
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 установка для сушки; на фиг. 2 – сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 – увеличенный вид В на фиг.1; на фиг. 4 – сечение Б-Б на фиг.3; на фиг 5 - дисперсный состав целевого продукта:  А - при вращении центробежного классификатора со скоростью 1000 оборотов в минуту ( вращающееся кольцо удалено);  Б -  при вращении центробежного классификатора со скоростью 1000 оборотов в минуту и установленном кольце при вращение кольца со скоростью 3000 оборотов в минуту (направление вращения - встречное).
Установка для сушки содержит биконическую камеру 1, сепарационную камеру 2, фильерный питатель влажного материала 3.  слой полидисперсных инертных тел 4.  барабан 5 с тангенциальными вводами   теплоносителя и центральным конусом 6, вращающееся кольцо 7, центробежный классификатор 8,  выходную центральную трубу  9,   патрубок выхода отработанного теплоносителя 10,  электрический  привод центробежного классификатора 11 и электрический  привод вращающегося кольца 12.
Сушилка работает следующим образом.
3
-3
В биконическую камеру 1, оснащенную сепарационной камерой 2, загружаются полидисперсные инертные тела   (гранулы округлой формы, близкой к  сферической, плотностью 1050…2400 кг/м, диаметром (3,0…5,1)*10м (гранулированные полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат, фторопласт). Теплоноситель, подаваемый через тангенциальные вводы барабана 5 с центральным  конусом 6, воздействует на слой инертных тел и приводит его во взвешенное состояние. При этом образуется плотный кольцеобразный закрученный полидисперсный слой 4 инертных тел. Высота слоя инертных тел при такой организации подачи теплоносителя является характерной для аппаратов с конической формой рабочей камеры  и полидисперсными инертными телами. В верхней части сушилки преимущественно находятся более мелкие инертные тела. В нижней части сушилки располагаются, в основном, крупные инертные тела. Полидисперсность инертных тел позволяет создавать устойчивый высокий закрученный слой по всей конической части сушилки. Затем в слой инертных тел через питатель 3  вводится влажный материал, который интенсивно распределяется по поверхности  инертных тел и подвергается процессу конвективной сушки.
В ходе непрерывного процесса удаления влаги высохший материал отслаивается с поверхности инертных тел, дополнительно истирается в слое инертных тел и удаляется из установки в виде аэровзвеси вместе с отработанным теплоносителем.
Центробежный классификатор 7 имеет радиальные пластины, закрепленные на оси (практически полный аналог рабочего колеса центробежных насосов), и регулируемый электрический привод 11 с числом оборотов 500…3000  в минуту. Таким образом, внутри сушильной установки используется  регулируемая закрутка отработанного теплоносителя для реализации принципа центробежного классифицирования удаляемого высушенного продукта в отработанном теплоносителе.
При вращении центробежного классификатора отходящий поток отработанного теплоносителя с пылевидным высушенным материалом, проходя по  выходной центральной трубе 9, подвергается интенсивному закручиванию лопастями классификатора 8, что приводит к выбрасыванию за счет центробежной силы (на фиг.3  показано тонкими стрелками) и возврату в слой крупных  или тяжелых (недостаточно высохших) частиц материала. В дальнейшем эти частицы материала досушиваются или измельчаются в закрученном слое инертных тел. Также происходит и возврат в слой той части инертных тел, которая случайным образом попала в выходной патрубок. При этом на поверхности лопастей классификатора крупные частицы материала подвергаются трем видам воздействия:
а) интенсивному ударному;
б) деформирующему при условии достаточной пластичности высушиваемого продукта с образованием новых  поверхностей тепло-массообмена;
в)  истирающему;
Однако, указанные воздействия ощутимы только при значительных числах оборотов классификатора (более 800…1000 оборотов в минуту)
Инертные тела, попавшие в отработанный теплоноситель, также подвергаются интенсивной  ударной очистке в классификаторе и возврату в закрученный слой инертных тел.
В отличие от прототипа, выходная центральная труба 9 дополнительно оснащена  вращающимся кольцом 7 с отдельным электроприводом.  Конструктивно вращающееся кольцо имеет прорези в верхней своей части, через которые проходит целевая часть аэровзвеси, отделенная классификатором 8 от основного, удаляемого из сушильной  установки потока аэровзвеси.
В прототипе подвижное кольцо имеет возможность только вертикального перемещения для регулирования высоты зоны центробежного разделения. В предлагаемом варианте вращающееся кольцо оснащено отдельным электроприводом с регулируемым числом оборотов. При прохождении через щелевые прорези вращающегося кольца  7  (скорость вращения кольца до 5000 оборотов в минуту) целевая часть аэровзвеси, выделенная классификатором 8, подвергается регулируемому ударно- вихревому измельчению с образованием более мелкой фракции высохшего материала. Таким образом,  в предлагаемом варианте исполнения сушильной установки  производится дополнительная регулируемая стадия измельчения крупнодисперсных частиц высохшего материала.
В установке для сушки в зависимости от свойств высушиваемого материала предусмотрено четыре вида регулирования фракционного состава целевого продукта:
а) вращающееся кольцо  7 установлено с возможностью вертикального перемещения по выходной центральной трубе 9 для регулирования высоты открытия щелевых прорезей, что позволяет регулировать ширину диапазона дисперсности возвращаемого в сушилку продукта;
б)  вертикальное перемещение центробежного классификатора позволяет регулировать высоту зоны центробежного разделения (показано фигурной скобкой на Фиг. 3)
в)  регулируемое вращение центробежного классификатора позволяет подобрать необходимый режим работы в зависимости от плотности целевого продукта, вида частиц высушенного материала (чешуйчатый, волокнистый) и т.д.
г) регулируемое вращение кольца 7 позволяет выбирать оптимальный режим измельчения отобранной классификатором части аэровзвеси.
Гибкая система регулирования, основанная на разделении стадий классифицирования высушенного продукта и ударно-вихревого воздействия с целью измельчения до товарного качества, позволяет гибко решать   многие задачи достижения качественных показателей  продукта.
Например:
1) Требуется только отбор узкой фракции наиболее крупнодисперсной части высохшего продукта с дальнейшим измельчением.
В этом случае скорость вращения ротора центробежного классификатора задается из условия отделения наиболее крупнодисперсной части  с ограничением по меньшему размеру. Это условие выполняется, как правило, при незначительном числе оборотов ротора классификатора. Но при этом не наблюдается необходимое измельчение выделенной крупнодисперсной фракции, требующее существенно более активного ударно-вихревого воздействия.
Это воздействие осуществляется при дальнейшем прохождении аэровзвеси через щелевые прорези вращающегося  со значительной скоростью кольца.
2) Необходимость получения большего количества мелкодисперсной фазы в высушенном продукте.
Для этого необходимо увеличить высоту зоны центробежного разделения (Фиг.3) с соответствующими оборотами  центробежного классификатора и задать значительные  обороты вращающего кольца.
Следует отметить, что дополнительная регулируемая сепарация с измельчением высохши частиц продукта позволяет существенно увеличить расход теплоносителя и количество носимых инертных тел в слое с соответствующим увеличением производительности сушилки  без ущерба для качества полученного сухого материала.
По сравнению с прототипом при одинаковых габаритах сушилки более полно используется рабочая зона сушилки, увеличивается количество носимых инертных тел, активнее применяется ударно-истирающее воздействие на инертные тела, что в целом обусловливает  увеличение производительности сушильной установки.
Кроме того, улучшается однородность дисперсного состава высохшего  материала, полученная продукция не содержит посторонних включений (инертные тела) за счет обработки выходящего из сушилки теплоносителя.
Экспериментальная проверка проводилась (по аналогии с прототипом) при сушке лизина.  По сравнению с прототипом при равных габаритных размерах производительность предлагаемой сушилки больше на 24…32 % (в зависимости от начальной влажности продукта) за счет:
- существенного увеличения (до 30…32%) количества носимых инертных тел   в рабочей зоне установки и связанного с этим ростом эффективной площади тепло- и массообмена аппарата;
- дополнительного появления новых ощутимых поверхностей тепло- и массообмена за счет возврата в рабочую зону измельченных частиц материала с обновленной поверхностью;
- увеличение расхода теплоносителя без опасности массового выноса инертных тел из аппарата при использовании циклонного эффекта обработки отработанного теплоносителя;
- использования циклонного эффекта воздействия на отходящий теплоноситель с целью возврата крупных или высоковлажных частиц вновь в слой с дополнительной  регулируемой обработкой (измельчение и досушка).
Как показано на Фиг. 5, включение в работу установки для сушки вращающегося  кольца с электрическим приводом позволяет активно воздействовать на дисперсный состав целевого продукта. Так, при отсутствии вращающегося кольца  и при работе только центробежного классификатора  (1000 оборотов в минуту) генеральный размер высушенного материала на выходе из сушилки равен 240 мкм (А), а при работе  центробежного классификатора совместно с вращающимся кольцом  (3000 оборотов в минуту, направление вращения - встречное) генеральный размер высушенного продукта – 250 мкм (Б). Но, в высушенном продукте увеличилось как  количество продукта с генеральным размером, так и доля мелкодисперсной фазы  и уменьшилось конечное влагосодержание в процессе сушки (режим А – 4.2 %, режим Б – 3,62 %). Также практически исчезла крупнодисперсная составляющая, составляющая до 10…12 % товарного продукта.
Использование предлагаемой сушилки обеспечивает по сравнению с существующими конструкциями следующие преимущества:
- более полное использование рабочего объема сушильной камеры при существенном увеличении эффективной площади тепло-массообмена (до 18%);
- более активный гидродинамический режим без риска выноса из аппарата инертных тел;
- повышение производительности аппарата на 25…32 %;
- появляется возможность обработки отходящего теплоносителя  с целевым продуктом для регулирования таких показателей, как дисперсный состав и уменьшение неоднородности по влагосодержанию готового продукта;
- увеличение степени отработки теплоносителя за счет увеличенной высоты закрученного слоя инертных тел и дополнительного измельчения влажного  материала в процессе сушки;
- эффективная защита готового продукта от загрязнения инертными телами.