Сушилка пульсирующего слоя

Полезная модель  относится к аппаратам псевдоожиженного /"кипящего"/ слоя, предназначенным 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, в который сушильный агент подается через пульсатор, газораспределительную решетку с газоподводящим патрубком, отводящий патрубок, загрузочное и разгрузочное устройства, отличающаяся тем, что 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 (п.м. №204191, F26B 17/24, F26B 3/092 2021 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится повышенные энергозатраты, связанные с необходимостью подачи сушильного агента с помощью пульсатора, необходимые для создания резонансных колебаний, недостаточную интенсивность тепло- и массопередачи от сушильного агента к частицам высушиваемого материала, на макро- и микроуровне, 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, установленный на жестких опорах, и газораспределительную решетку с подводящим патрубком, закрепленную на конических пружинах переменной жесткости с постоянным шагом, в зазоре между которыми установлено уплотнение в виде гофрированной манжеты, отводящий патрубок, загрузочное и разгрузочное устройства, причем к каждой конической пружине подводятся цилиндрические патрубки, закрепленные в жесткой решетке, осуществляющие пульсационную подачу сушильного агента, частота колебаний которого определяется выражением:
где ν - частота колебаний сушильного агента на выходе из цилиндрического патрубка, Гц;
С - скорость звука в сушильном агенте, м/с;
L - длина цилиндрического патрубка, м.
Выполнение подачи сушильного агента с помощью подводящихся к каждой конической пружине цилиндрических парубков, закрепленных в жесткой решетке, частота колебаний сушильного агента на выходе из которых определяется выражением (1), позволяет повысить амплитуду резонансных колебаний псевдоожиженного слоя, интенсифицировать тепло- и массообмен, что в итоге приведет к увеличению производительности.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой конструкции сушильного аппарата в разрезе, а на фиг. 2 показан укрупненный фрагмент А.
Сушильный аппарат состоит из корпуса 1, газораспределительной решетки 2, газоподводящего патрубка 3 и отводящий патрубок 4. Дисперсный материал, подлежащий обработке, подается питателем 5, а готовый продукт выводится из рабочей камеры через патрубок 6. Корпус аппарата закреплен на жестких опорах 7. Газораспределительная решетка установлена на конических пружинах 8 переменной жесткости с постоянным шагом, установленных на выходных концах цилиндрических патрубков 9 длиной L, осуществляющих пульсационную подачу сушильного агента с частотой определимой выражением (1), закрепленных в жесткой решетке 10, которая установлена на уголках 11, расположенных в дутьевой камере 12. Газораспределительная решетка 2 отделена от корпуса 1 гофрированной манжетой 13.
Сушильный аппарат работает следующим образом.
Газовый сушильный агент поступает через газоподводяший патрубок 3 в дутьевую камеру 12, далее проходя через цилиндрические патрубки 9, закрепленные в жесткой решетке 10, создавая пульсационную подачу сушильного агента, частота которой определяется выражением (1), подается под газораспределительную решетку 2, установленную на конических пружинах 8 переменной жесткости и отделенную от корпуса 1 гофрированной манжетой 13, совершает резонансные вертикальные колебания, которые интенсифицируют тепло- и массообмен между высушиваемым материалом и сушильным агентом, и далее в корпус 1, установленный на жестких опорах 7.
Дисперсный материал, подлежащий обработке, подается питателем 5 в корпус 1, где происходит массоперенос влаги от поверхности высушиваемых частиц к газовому сушильному агенту.
Готовый продукт выводится из корпуса 1 через патрубок 6, а отработанный сушильный агент выводится через отводящий патрубок 4.
При этом при воздействии промежуточных значений масс высушиваемого материала на газораспределительной решетке 2 так же происходят резонансные колебания с высокой амплитудой. Следовательно, при любой массе материала на газораспределительной решетке 2 обеспечиваются резонансные колебания с большой амплитудой, что позволяет интенсифицировать процесс тепло- и массообмена между высушиваемым материалом и сушульным агентом, повысить время безостановочной работы, повышая в целом производительность сушильного аппарата.
Пример. Масса газораспределительной решетки 2 М=20 кг, масса высушиваемого материала m=50 кг. Общая наибольшая масса газораспределительной решетки 2 с высушиваемым материалом:
М+m=70 кг.
Примем, что длина L цилиндрического патрубка 9 составляет 0,5 м., тогда частота колебаний на выходе из цилиндрического патрубка 9 по выражению (1) и скорости звука в сушильном агенте, при температуре 100°С, 387,1 м/с, составит:
5
Минимальное значение жесткости каждой пружины 8 принимаем k=4⋅10 Н/м. Тогда максимальное значение жесткости каждой пружины 8, определяется в виде:
Тогда число пружин 8, а также число цилиндрических патрубков 9 определяется выражением:
то есть цилиндрические патрубки 9, находящиеся в резонансе с пружинами 8 с переменной жесткостью от
должны совершать колебания с частотой ν=387,1 Гц, при числе пружин 8 и цилиндрических патрубков 9 равному 296.
Таким образом, предлагаемая конструкция сушильного аппарата в котором вынужденные колебания, создаваемые цилиндрическими патрубками 9, закрепленными в жесткой решетке 10, создают резонансный режим колебаний газораспределительной решетки 2, установленной на конических пружинах 8 переменной жесткости с постоянным шагом, повышает тепло- и массообмен между высушиваемым материалом и сушильным агентом и увеличивает время безостановочной работы аппарата, что в свою очередь повышает производительность.