АППАРАТ ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ЛЬДА

Аппарат для гранулирования льда относится к области техники с псевдоожиженным слоем материала и может быть использован в различных отраслях промышленного производства, в частности, путем создания ледовых переправ в зимнее время для облегчения транспортировки продуктов и материалов в области пищевой технологии и сельского хозяйства.
Известен аппарат для гранулирования льда, в котором созданы условия со свободным движением гранул по замкнутому контуру в рабочем объеме с возможностью последовательного совмещения операций загрузки, замораживания и выгрузки гранул.
Аппарат для гранулирования льда содержит коробчатый корпус со штуцерами подачи воздуха, воды, затравочных кристаллов и выгрузки гранул, а также окно с противоположно расположенным раструбом, между которыми размещена подвижная доска, содержащая решетку, заглушку и прямоугольное отверстие со скошенными кромками, причем отношение ширины корпуса к ширине решетки составляет от 3:1 до 10:1 (пат. на полезную модель №151.813 от 31.12.2014, кл. F25C 1/00).
Работу аппарата проводят периодически. Загружают порцию затравочных кристаллов, подают холодный воздух в объем затравочных кристаллов и создают движение гранул льда в виде циркуляционного контура. Подают воду на орошение затравочных кристаллов и ведут процесс замораживания до получения нужного размера гранул льда.
По окончании цикла замораживания передвигают доску и отсекают подачу воздуха в аппарат. Совмещают отверстие доски с окном и выгружают гранулы. Начинают новый цикл получения гранул льда.
Недостатком аппарата является конструкция решетки, создающая прямоугольный профиль скорости потока воздуха через ее отверстия. Поэтому гранулы при движении в циркуляционном контуре по наклонному днищу имеют вектор скорости, направленный вправо и вниз, но резко меняют его на вертикальное направление при попадании в струю холодного воздуха. Происходит биение гранул по границе потока, имеющее небольшое дробление в виде образования пыли до минус 15-20°С и создающее трещины и сколы льда при более низких значениях температуры, что заставляет понижать интенсивность движения и производительность процесса.
С другой стороны движение доски при изменении ее позиции, захватывает концами большой габарит вокруг аппарата, что одновременно приводит к увеличенным амплитудам движения доски и, соответственно, увеличивает нагрузки на ее уплотнительную систему.
Целью изобретения полезной модели является смягчение режима обработки кристаллов льда при уменьшении как габаритов устройства в работе, так и упрощении уплотнения узлов подвижной доски.
Поставленную цель достигают выполнением аппарата коробчатой формы со штуцерами подачи затравочных кристаллов и вывода гранул, форсункой подачи воды, наклонным днищем и подвижной доской и решеткой так, что неподвижная решетка расположена над доской, при этом доска и решетка выполнены перфорированными по длине и имеют горизонтальный и наклонный участки. Наклонное днище оснащено круглыми перфорациями, сечение которых выполнено переменным по длине решетки по закону от параболического до прямо пропорционального, а под решеткой устанавливают подвижную в поперечном направлении доску с овальными равномерно расположенными отверстиями по всей длине.
Аппарат для гранулирования льда изображен на чертежах, где:
на фиг. 1 - продольный профиль аппарата;
на фиг. 2 - рабочее положение подвижной доски (сечение А-А на фиг. 1);
на фиг. 3 - нерабочее положение доски (сечение А-А на фиг. 1);
на фиг. 4 - расположение перфораций на решетке и подвижной доске;
на фиг. 5 - закон распределения сечения перфораций решетки.
Аппарат для гранулирования льда содержит коробчатый корпус 1 (фиг. 1) со штуцерами: 2 подачи и 3 выхода воздуха, 4 загрузки затравочных кристаллов и 5 выгрузки гранул, форсунку 6, а также неподвижную решетку 7 и подвижную в поперечном направлении доску 8, расположенную в карманах 9 (фиг. 2-4). Неподвижная решетка 7 расположена над доской 8, при этом и доска 8 и неподвижная решетка 7 выполнены перфорированными по длине и имеют горизонтальный и наклонный участок. (фиг. 1) Перфорации доски 8, подвижной в поперечном направлении, расположены равномерно по ее длине и имеют овальную форму, а перфорации неподвижной решетки 7 - круглую и постоянного размера на горизонтальном участке и переменного в наклонном участке, выполненные по параболической зависимости.
В рабочем положении аппарата (фиг. 2) отверстия неподвижной решетки 7 и подвижной в поперечном направлении доски 8 совпадают, проход воздуха свободен (вертикальные стрелки). Нерабочее положение - фиг. 3, поток воздуха заглушен. На фиг. 4 расположение круглых отверстий 10 неподвижной решетки 7 и овальных отверстий 11 подвижной в поперечном направлении доски 8 показано в рабочем положении.
Перед началом пуска аппарат загружают затравочными кристаллами 12. Дают давление воздуха и перемещают неподвижную доску 8 влево (фиг. 3 и 4). Образуется пристеночная циркуляция в поперечном направлении, переходящая в продольную циркуляцию (фиг. 1, толстые стрелки). Включают форсунку 6, а через штуцер загрузки затравочных кристаллов 4 подают затравочные кристаллы и выводят аппарат на стационарный режим работы, с выгрузкой полученных гранул через штуцер выгрузки гранул 5.
Поскольку в аппарате используют холодный атмосферный воздух, количество которого неограниченно и не требует энергетических затрат на свое охлаждение, постольку подача воздуха по всей длине неподвижной решетки 7 создает на ее наклонном участке условия локального кипящего слоя, в котором кристаллы находятся в полуподвешенном состоянии и скользят на воздушной подушке струй воздуха слева направо в сторону горизонтального участка неподвижной решетки 7. Постепенное увеличение сечения отверстий неподвижной решетки 7 приводит к интенсификации движения кристаллов и переходу их в режим стесненного пневмотранспорта над горизонтальным участком неподвижной решетки 7. Образуется циркуляционный контур (толстые стрелки, фиг. 1), содержащий стесненный пневмотранспорт над горизонтальным участком неподвижной решетки 7 и скользящее движение затравочных кристаллов над наклонным участком неподвижной решетки 7, в режиме локального кипящего слоя, переходящего, как отмечено выше, в пневмотранспорт этих кристаллов.
Последовательность расчета аппарата включает следующие пункты:
а) задают размеры начальных и желаемых к получению конечных гранул льда, плотность которого берут в соответствии со средней температурой процесса;
б) рассчитывают скорость воздуха в начале неподвижной решетки при условиях начала процесса псевдоожижения для частиц начального размера, подаваемых как исходное питание аппарата. Частицы большего и конечного размеров при такой скорости воздуха в процессе циркуляции испытывают лишь раскачивание в начальной части слоя, что облегчает их движение вниз по неподвижной решетке;
в) рассчитывают скорость воздуха в конце наклонного участка неподвижной решетки при условиях начала развитого процесса псевдоожижения для частиц среднего размера; частицы льда меньшего размера попадают в условия пневмотранспорта и их отражают наклонной частью потолочной крышки в циркуляционный контур, а частицы конечного размера подвергаются псевдоожижению и она скатываются в начало неподвижной решетки к выгрузочному отверстию;
г) по давлению воздуха, развиваемого вентилятором, и по начальной и конечной скоростям определяют размер отверстий неподвижной решетки, промежуточные значения которых рассчитывают по параболической зависимости;
д) конструктивно задают общее количество отверстий и рассчитывают расход воздуха на установку.
Достоинства предлагаемого аппарата заключены в следующем:
а) отсутствуют условия резкого изменения скорости движения гранул льда при попадании в поток воздуха, исключены критические по прочности льда ударные нагрузки; созданы условия мягкого ссыпания и скольжения гранул в циркуляционном потоке, при существенном сокращении пылеобразования;
б) габарит высоты аппарата значительно уменьшен, в противоположность существующим конструкциям аппаратов фонтанирующего слоя, т.к. угол наклона решетки не превышает 8-14° и он достаточен для создания легкости скольжения потока кристаллов 12 в полуподвешенном состоянии при продувке холодным воздухом, количество которого в зимнее время неограниченно. Аппарат с таким углом наклона решетки становится «низкорослым» с уменьшением высоты порядка в 1,26-1,48 раза по сравнению с существующими;
в) удлинение пути движения потока гранул над решеткой в потоке холодного воздуха автоматически повышает глубину охлаждения кристаллов за счет увеличения времени взаимодействия в системе воздух-гранула и автоматически ведет к повышению удельной производительности процесса.