Сушилка пульсирующего слоя

Предлагаемое техническое решение относится к аппаратам псевдоожиженного ("кипящего") слоя, предназначенных для проведения химических реакций, сушки и других массообменных процессов между твердыми частицами и газовой средой, и может найти применение в химической, нефтехимической, фармацевтической и пищевой промышленности.
Известна конструкция вибросушилки с кипящим слоем «Эвер-Висс» (ФРГ), состоящая из вибропривода, распределительного короба и вибрирующей сушильной камеры (Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. – М.: Химия, 1970, с. 215).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится постоянная скорость сушильного агента внутри сушильной камеры, что снижает интенсивность тепло- и массопередачи от горячего сушильного агента к частицам высушиваемого материала, а значит производительность.
Известна конструкция однокамерной многозонной сушилки с направленным движением материала вдоль коридора и с теплообменным устройством в слое. Она состоит из газораспределительной решетки, разделенной по три зоны с индивидуальным подводом газа при разных температурах. В первой и второй зонах над решеткой расположены вибрирующие теплообменные поверхности, состоящие из элементов с оребренными трубами. Устройство укреплено на подвесках, что позволяет создавать горизонтальные колебания вдоль сушилки (Машины и аппараты химических производств и нефтепереработки: учебник для вузов/ А.С. Тимонин, Г.В. Боженко, В.Я. Борщев и др./ под общей редакцией А.С. Тимонина. – Калуга: издательство «Ноосфера», 2017, с. 711-712).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная интенсивность тепло- и массопередачи от сушильного агента к частицам высушиваемого материала из-за ограниченной скорости движения сушильного агента (воздуха или топочных газов). Это требует увеличение времени пребывания частиц в сушилке и соответственно приводит к снижению производительности.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является  сушилка пульсирующего слоя, включающая корпус установленный на виброопорах в который сушильный агент подается через пульсатор, газораспределительную решетку с газоподводящим патрубком, отводящий патрубок, загрузочное и разгрузочное устройства, в котором виброопоры выполненные в виде конических пружин переменной жесткости с постоянным шагом (п. м. №198582, F 26 B 17/10 2020 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится повышенные энергозатраты, необходимые для создания резонансных колебаний всего аппарата, которые в свою очередь вызывают недостаточную интенсивность тепло- и массопередачи от сушильного агента к частицам высушиваемого материала, вследствие чего уменьшается время безостановочной работы аппарата, а следовательно производительность.
Техническим результатом предлагаемой конструкции сушильного аппарата является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что сушилка пульсирующего слоя, включающая корпус в который сушильный агент подается через пульсатор, газораспределительную решетку с газоподводящим патрубком, отводящий патрубок, загрузочное и разгрузочное устройства, причем корпус установлен на жестких опорах, газораспределительная решетка закреплена на конических пружинах переменной жесткости с постоянным шагом, расположенных на уголках, приваренных к дутьевой камере, и в зазоре с корпусом установлено уплотнение в виде гофрированной манжеты, причем сушильный агент подается с помощью пульсатора, частота колебаний которого определяется выражением:
,                                           (1)
где  - частота колебаний пульсатора, Гц;
k – минимальная жесткость пружины, Н/м;
M – воздействующая на пружины масса газораспределительной     решетки, кг;
n – число конических пружин;
при этом максимальная жесткость пружины определяется пропорцией:
,                                                  (2)
где К и k – соответственно, наибольшая и наименьшая жесткость конической пружины, Н/м;
М и m – соответственно, масса газораспределительной решетки без высушиваемого материала и масса высушиваемого материала, кг.
Выполнение подачи сушильного агента с помощью пульсатора, частота колебаний которого определяется выражением (1), позволяет повысить амплитуду резонансных колебаний псевдоожиженного слоя, интенсифицировать тепло- и массообмен, что в итоге приведет к увеличению производительности.
Максимальная жесткость пружины определяется пропорцией (2). Тогда собственная частота колебаний пустой газораспределительной решетки, как физического маятника, определяется согласно выражению (1), и с высушиваемым материалом:
.                                              (3)
При выполнении пропорции (2):
,
и при любой массе высушиваемого материала на газораспределительной решетке его собственная частота колебаний, как пружинного маятника равна частоте колебаний пустой газораспределительной решетке и вынужденной частоте колебаний пульсатора, что приводит к колебаниям газораспределительной решетки и псевдоожиженного слоя в резонансном режиме, что интенсифицирует тепло- и массопередачу между высушиваемым материалом и сушильным агентом, увеличивает время безостановочной работы сушильного аппарата, а следовательно увеличивает производительность.
Установка гофрированной манжеты позволит повысить герметичность аппарата и предотвратить унос частиц из аппарата и как следствие повысить эффективность его работы.
На чертеже представлен общий вид предлагаемой конструкции сушильного аппарата в разрезе.
Сушильный аппарат состоит из корпуса 1, в который сушильный агент подается через пульсатор 2,  газораспределительной решетки 3, газоподводящего патрубка 4 и отводящий патрубок 5. Дисперсный материал, подлежащий обработке, подается питателем 6, а готовый продукт выводится из рабочей камеры через патрубок 7. Корпус аппарата закреплен на жестких опорах 8. Газораспределительная решетка установлена на четырех пружинах переменной жесткости 9, которые установлены на уголках 10, расположенных в дутьевой камере 11, и отделена от корпуса 1 гофрированной манжетой 12.
Сушильный аппарат работает следующим образом.
Газовый сушильный агент поступает, с заданной частотой пульсатора 2, через газоподводящий патрубок 4 в дутьевую камеру 11, далее через газораспределительную решетку 3 попадает в корпус 1, установленный на жестких опорах 8.
Дисперсный материал, подлежащий обработке, подается питателем 6 в корпус 1, где происходит массоперенос влаги от поверхности высушиваемых частиц к газовому сушильному агенту.
Газораспределительная решетка 3, установленная на пружинах переменной жесткости 9 и отделенная от корпуса 1 гофрированной манжетой 12, совершает резонансные вертикальные колебания, что интенсифицирует тепло- и массообмен между высушиваемым материалом и сушильным агентом.
Готовый продукт выводится из корпуса 1 через патрубок 7, а отработанный сушильный агент выводится через отводящий патрубок 5.
При этом при воздействии промежуточных значений масс высушиваемого материала на газораспределительной решетке также происходят резонансные колебания с высокой амплитудой. Следовательно, при любой массе материала на газораспределительной решетке обеспечиваются резонансные колебания с большой амплитудой, что позволяет интенсифицировать процесс тепло- и массообмена между высушиваемым материалом и сушульным агентом, повысить время безостановочной работы и увеличивает производительность сушильного аппарата.
Пример. Масса газораспределительной решетки 3 M=20 кг, масса высушиваемого материала m=50 кг. Общая наибольшая масса газораспределительной решетки с высушиваемым материалом:
М+m =70 кг,
число пружин 9, на которых установлена газораспределительная решетка, равно n=4.
Минимальное значение жесткости каждой из 4 пружин 9 принимаем  Н/м. Тогда максимальное значение жесткости каждой из 4 пружин 9, согласно пропорции (2), определяется в виде:
.
В этом случае необходимая частота вынужденных колебаний пульсатора 2 должна быть, согласно выражению (1):
,
то есть пульсатор 2, находящийся в резонансе с пружинами 9, с переменной жесткостью от
до              ,
должен совершать колебания с частотой.
Таким образом, предлагаемая конструкция сушильного аппарата, в котором вынужденные колебания, создаваемые пульсатором 2, создают резонансный режим колебаний газораспределительной решетки 3, установленной на пружинах переменной жесткости 9, расположенных на уголках 10, приваренных к дутьевой камере 11, и герметично соединенной с корпусом гофрированной манжетой 12, повышает тепло- и массообмен между высушиваемым материалом и сушильным агентом и увеличивает время безостановочной работы аппарата,  что в свою очередь повышает производительность.