УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ОБРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ В АППАРАТЕ С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ
DEVICE FOR CONTINUOUS TREATMENT OF SOLID SUBSTANCES IN APPARATUS WITH FLUIDISED BED

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Изобретение основано на устройстве для непрерывной обработки твердых веществ в аппарате с псевдоожиженным слоем, например, для изготовления свободно текущих гранулятов путем гранулирования распылением, агломерации, капсулирования, нанесения покрытия или сушки согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Для реализации конечных продуктов с заданными структурами частиц твердые вещества обрабатываются в непрерывном кипящем псевдоожиженном слое. Для этого известны устройства с прямоугольной геометрией аппарата, в которых предназначенный для обработки материал посредством достаточного псевдоожижения в области псевдоожиженного слоя транспортируется от своего входа в технологическую камеру по длине устройства до своего выхода из технологической камеры или вследствие наклонного положения вихревого желоба течет самостоятельно. Во время прохождения этого пути предназначенный для обработки материал в псевдоожиженном слое приводится в контакт с соответствующей средой для псевдоожижения.
Каждый непрерывно работающий аппарат имеет характерный диапазон времени выдержки, который подвержен влиянию геометрии технологической камеры и технологических параметров. Дополнительная возможность воздействия на диапазон времени выдержки заключается в расположении встроенных элементов в технологической камере. Так, известно расположение встроенных элементов в виде встроенных частей, соответствующая нижняя кромка которых находится на расстоянии от поверхности дна кипящего слоя и соответствующая верхняя кромка которых заканчивается на расстоянии над поверхностью кипящего слоя. Кроме того, в области ниже встроенных частей выбиралась большая степень открытия отверстий для прохода газа дна псевдоожиженного слоя, чем в прочих областях дна псевдоожиженного слоя. Встроенные части имеют круглое, прямоугольное или многоугольное поперечное сечение (DE 10146778 A1). Благодаря равномерно направленному в продольном направлении технологической камеры течению твердых веществ с помощью такого рода аппаратов достигается узкий диапазон времени выдержки предназначенного для обработки материала. Кроме того, в одной и той же технологической камере могут реализовываться несколько технологических шагов, например грануляция и сушка.
Недостаток устройств с прямоугольной геометрией аппарата заключается, впрочем, в том, что они требуют большой занимаемой площади и вследствие своего размера и технически необходимых толщин стенок имеют большую массу, и поэтому дороги в изготовлении. Из-за их прямоугольной геометрии они совсем не могут или только с особенно большими затратами могут выполняться прочными на сжатие или, соответственно, устойчивыми к гидравлическим ударам.
В отличие от этого устройства с круглой геометрией аппарата, у которых технологическая камера является цилиндрической или конической, хотя и обходятся меньшим занимаемым пространством и могут также легко выполняться прочными на сжатие или, соответственно, устойчивыми к гидравлическим ударам, однако возможность реализации различных технологических условий ограничена. Так, хотя в технологической камере и происходит идеальное перемешивание частичек твердого вещества, однако высота кипящего слоя из-за меньшей распределительной поверхности по сравнению с прямоугольным аппаратом обычно значительно больше, что, в свою очередь, приводит к относительно широкому диапазону времени выдержки предназначенного для обработки материала, и при этом иногда создаются различные свойства продукта. Как правило, в непрерывных аппаратах с круглой геометрией возможен также только один технологический шаг.
Известно также, что у устройств с круглой геометрией аппарата путем кратковременного повышения скорости течения газа, создающего или, соответственно, поддерживающего псевдоожиженный слой, а именно непосредственно после прохождения распределительного дна, можно влиять на технологические условия. Для этого у устройства для проведения каталитических реакций в псевдоожиженном слое на распределительном дне коаксиально расположен газонепроницаемый конус, поверхность основания которого закрывает среднюю часть распределительного дна, так что остается кольцеобразная технологическая поверхность. Технологическая камера состоит при этом из расширяющейся конически вверх кольцевой камеры (DE 1052367). Благодаря этой конфигурации технологической камеры достигается равномерное распределение твердых частичек катализатора в зоне псевдоожиженного слоя и происходит противодействие агломерации. Однако даже у этого устройства псевдоожиженный слой относительно высок, так что диапазон времени выдержки очень велик, и, таким образом, применение этого устройства для непрерывной обработки твердых веществ не рассматривается.
ИЗОБРЕТЕНИЕ И ЕГО ПРЕИМУЩЕСТВА
Предлагаемое изобретением устройство для непрерывной обработки твердых веществ в аппарате с псевдоожиженным слоем с отличительными признаками независимого пункта формулы изобретения обладает, в отличие от предшествующего уровня техники, тем преимуществом, что в круглой в поперечном сечении технологической камере достигается равномерно направленное по горизонтали течение твердого вещества по более длинному пути при одновременно неглубоком псевдоожиженном слое. Этот более длинный путь, который проходят частички твердого вещества от их входа в технологическую камеру до их выхода из нее, образуется за счет прерванной перегородкой, т.е. не совсем замкнутой круглой кольцевой поверхности. Благодаря расположению входа и выхода по обеим сторонам перегородки предназначенному для обработки материалу приходится проходить через эту круглую кольцевую поверхность, т.е. при как можно меньшем занимаемом пространстве дистанция между входом для твердых веществ и выходом для твердых веществ увеличивается до максимума. При этом преимущества устройства с прямоугольной геометрией аппарата в отношении неглубокого псевдоожиженного слоя с равномерно направленным течением твердого вещества и узкого диапазона времени выдержки соединены с конструктивными преимуществами в отношении занимаемой площади, меньшей толщины стенки и более легкого создания прочной на сжатие или, соответственно, устойчивой к гидравлическим ударам конструкции устройства с круглой геометрией аппарата. Благодаря применению предпочтительно вращательно-симметричных конструктивных элементов возможно более простое изготовление, а также более легкое обеспечение узких допусков изготовления. Кроме того, коробление у устройств с круглой геометрией аппарата меньше. Круглая геометрия аппарата позволяет также более точно устанавливать геометрию течения. Пространственная близость впуска и выпуска для твердых веществ облегчает привязку устройства к подводящим и отводящим устройствам. Более удобной оказывается также привязка к технологическим системам фильтрации. Наконец, технологические камеры с круглым поперечным сечением легче чистятся, чем камеры с многоугольным поперечным сечением.
Под термином «круглая геометрия аппарата» следует понимать не только геометрию с круглой формой поперечного сечения, но и другие, не имеющие углов формы поперечного сечения, такие как, например, овальная или, соответственно, эллиптическая.
Предлагаемое изобретением устройство может легко интегрироваться в традиционные аппараты с псевдоожиженным слоем. С его помощью могут осуществляться все обычные задачи применения псевдоожиженного слоя, такие как, например, адсорбция, десорбция, катализ и регенерация катализаторов, сушка, дегидратация и кальцинация.
По одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения перегородка вдается в примыкающую над технологической камерой расширительную камеру. Благодаря этому предотвращается смешивание поступающих в технологическую камеру твердых веществ с уже обработанными выходящими твердыми веществами.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения область технологической камеры, которая проходит от входа для твердых веществ до выхода для твердых веществ, разделена на камеры, которые соединены между собой. Благодаря этому теперь также в технологической камере с круглым поперечным сечением могут реализовываться многоступенчатые процессы.
По одному из предпочтительных в этом отношении вариантов осуществления изобретения эти камеры образуются промежуточными стенками, которые радиально вдаются в технологическую камеру. Когда эти промежуточные стенки выполнены в виде затворов, они своей наружной продольной кромкой соединены каждая с внутренними стенками технологической камеры, а своей внутренней продольной кромкой со свободной продольной кромкой перегородки. Тогда поток твердого вещества проходит через эти затворы, в зависимости от расчета их высоты, над их верхней кромкой или между их нижней кромкой и распределительным дном. В первом случае, следовательно, их высота равна или меньше высоты псевдоожиженного слоя, в то время как во втором случае их высота значительно больше, чем высота псевдоожиженного слоя. Посредством затворов можно также влиять на течение потока твердого вещества и делать его более равномерным.
В другом варианте осуществления изобретения затворы значительно выше псевдоожиженного слоя и проходят непосредственно до распределительного дна. В этом случае твердое вещество проходит затворы через радиальные отверстия (либо в направлении наружной кромки, либо внутренней кромки, либо обеих кромок). Кроме того, в качестве проходных отверстий возможны также отверстия, выемки или другие любые устройства для протекания.
По одному из особенно предпочтительных вариантов осуществления изобретения высота и/или угол установки перегородки, промежуточных стенок и/или затворов может регулироваться. Благодаря этому в одном и том же устройстве могут быстро и простым образом устанавливаться различные технологические условия.
По другому предпочтительному варианту осуществления изобретения на распределительном дне по оси технологической камеры расположен вытесняющий элемент, который соединен с перегородкой. Этот элемент своей поверхностью основания закрывает отверстия для прохода газа распределительного дна, так что между его наружной боковой поверхностью и внутренней поверхностью технологической камеры возникает кольцевая поверхность с уменьшенной шириной. Таким образом также можно влиять на технологические условия. Кроме того, наружная боковая поверхность вытесняющего элемента служит для крепления других встроенных элементов, таких как затворы и промежуточные стенки.
Другие преимущества и предпочтительные варианты осуществления изобретения содержатся в последующем описании, чертежах и пунктах формулы изобретения.
ЧЕРТЕЖИ
Примеры осуществления изобретения изображены на чертежах и подробнее описаны ниже. На чертежах показано:
фиг.1 - изображение принципа изобретения,
фиг.2 - пространственное изображение вида изнутри предлагаемого изобретением устройства, снабженного вытесняющим элементом,
фиг.3 - устройство в соответствии с фиг.2, снабженное промежуточной стенкой,
фиг.4 - разделение технологической камеры на три камеры,
фиг.5 - принципиальное изображение технологической камеры, снабженной затвором для пропускания сверху, и
фиг.6 - принципиальное изображение технологической камеры, снабженной затвором для пропускания снизу.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг.1 показан принцип предлагаемого изобретением устройства, причем здесь изображен только периметр круглого распределительного дна 1 со стоящей на нем вертикально перегородкой 2, которая от его периметра вдается далеко за середину распределительного дна 1, так что технологическая камера 3 разделена на две одинакового размера области, которые на свободном конце перегородки 2 узкой областью 4 соединены друг с другом. Вход предназначенного для обработки твердого вещества в устройство осуществляется через загрузочное отверстие, которое на фиг.1 обозначено указывающей в направлении распределительного дна 1 стрелкой 5. Извлечение предназначенного для обработки твердого вещества из устройства осуществляется через разгрузочное отверстие, которое здесь обозначено указывающей от распределительного дна 1 стрелкой 6. Цифрой 7 был обозначен путь потока, который проходит твердое вещество между загрузочным и разгрузочным отверстиями 5, 6. Благодаря расположению загрузочного и разгрузочного отверстия 5, 6 по обеим сторонам перегородки 2 твердое вещество движется, в то время как оно удерживается в псевдоожиженном слое, над распределительным дном 1. Этот путь может быть выполнен, как видно из фиг.2, вследствие расположения вытесняющего элемента 8 на центральной оси технологической камеры в виде кольцеобразной технологической камеры 9, которая проходит между наружными стенками вытесняющего элемента 8 и стенками 10 устройства. Вследствие этого путь частичек твердого вещества, находящихся в варианте осуществления в соответствии с фиг.1 еще близко к центральной оси устройства и движущихся вдоль перегородки 2, теперь также вынужден проходить по круговой траектории, так что диапазон времени выдержки выполненного таким образом устройства дополнительно сужается. Из фиг.2 также можно видеть, что разгрузочное отверстие 6 расположено ниже, чем загрузочное отверстие 5. Благодаря этому между загрузкой и разгрузкой твердого вещества существует естественный перепад, благодаря чему извлечение из аппарата предназначенного для обработки твердого вещества облегчается.
На фиг.3 показано изображенное на фиг.2 устройство, снабженное затвором 11, который расположен примерно через две трети пути от загрузочного отверстия 5 к разгрузочному отверстию 6 в технологической камере 9 и своими вертикальными кромками соединен с одной стороны с вытесняющим элементом 2, а с другой стороны со стенками 10. Остальные совпадающие с изображением на фиг.2 составные части устройства были снабжены теми же самыми ссылочными обозначениями. Затвор 11 разделяет технологическую камеру 9 на две камеры различной длины. Таким образом оказывается влияние на скорость течения находящегося в псевдоожиженном слое потока твердого вещества.
Как уже пояснялось выше, кольцевая технологическая камера 9 посредством выполненных в виде затвором промежуточных стенок может разделяться на несколько камер, в которых поток твердого вещества во время прохождения этих камер в одном и том же псевдоожиженном слое может подвергаться различным видам обработки или, соответственно, нескольким технологическим шагам. На фиг.4 это принципиально показано посредством трех отдельных камер 12, которые посредством четырех затворов 13 выполнены в области после загрузочного отверстия 5 или, соответственно, перед разгрузочным отверстием 6 твердого вещества в технологической камере. Так, например, можно смешивать твердое вещество в первой камере 12, в следующей проводить агломерацию, а в последней камере 12 заканчивать процесс сушкой. Для агломерации во второй обрабатывающей камере 12 расположены не изображенные здесь форсунки для непрерывного впрыскивания связующего вещества.
На фиг.5 и 6 изображены две различные формы затворов. Показанные на фиг.5 затворы являются затворами 14 для пропускания сверху, высота которых меньше, чем высота псевдоожиженного слоя, так что поток твердого вещества движется через обозначенную стрелками верхнюю кромку затворов 14 для пропускания сверху. В отличие от этого у изображенных на фиг.6 затворов 15 для пропускания снизу поток твердого вещества движется через обозначенный стрелками промежуток между распределительным дном 1 и нижней кромкой затвора 15 для пропускания снизу, высота которого в этом случае выбрана больше, чем высота псевдоожиженного слоя.
В заключение в качестве примера описываются три способа, которые могут осуществляться в предлагаемом изобретением устройстве:
1. Непрерывная агломерация порошка.
2
3
В аппарат с псевдоожиженным слоем с круглой кольцевой поверхностью, равной 5 дм, непрерывно загружается порошкообразная лактоза в дозируемом количестве 5 кг/ч. В аппарате с псевдоожиженным слоем происходит псевдоожижение при количестве воздуха, равном 150 м/ч, и температуре воздуха на входе, равной 70°C. В области круглой кольцеобразной технологической камеры 9 расположены три не изображенные здесь подробнее двухкомпонентные распылительные форсунки, которые распыляют сверху на псевдоожиженный слой связующую жидкость, состоящую из ПВП (поливинилпирролидон) (2%-й раствор). Благодаря этому порошок агломерируется в сыпучий и легко текучий продукт, который непрерывно извлекается через разгрузочное отверстие 6 из технологической камеры 9.
2. Сушка экструдатов.
2
3
Фармацевтическая смесь порошков для изготовления таблеток гранулируется с использованием связующего средства в экструдере. Образовавшийся при этом влажный гранулят непрерывно загружается с массовым потоком, равным 10 кг/ч, в аппарат с псевдоожиженным слоем с поверхностью распределительного дна, равной 5 дм. В этом аппарате псевдоожиженный слой создается высушивающим объемным потоком, равным 120 м/ч, при температуре воздуха на входе, равной 50°C, и гранулят при этом сушится. Высушенный гранулят непрерывно извлекается у разгрузочного отверстия 6.
3. Распылительная грануляция мальтодекстрина.
2
3
В аппарат с псевдоожиженным слоем с распределительной поверхностью, равной 5 дм, снизу в псевдоожиженный слой непрерывно впрыскивается раствор мальтодекстрина (доля сухого вещества 30%) через 3 двухкомпонентные форсунки с общей скоростью впрыскивания, равной 10 кг/ч. В самом псевдоожиженном слое посредством процесса распылительной грануляции образуется компактный гранулят, в котором доля твердого вещества из распыляемого раствора осаждается на содержащихся в псевдоожиженном слое частицах, а доля воды испаряется. Этот процесс происходит при средней температуре в псевдоожиженном слое, равной 60°C. Количество технологического воздуха составляет 200 м/ч. Образовавшийся гранулят непрерывно выгружается из псевдоожиженного слоя через смонтированный сбоку на разгрузочном устройстве продукта зигзагообразный сепаратор. В сепараторе происходит отсеивание, при которой слишком мелкий гранулят отделяется отсеивающим воздушным потоком и возвращается в технологическую камеру. Гранулят с достаточным размером извлекается в виде потока продукта.
Все изложенные в описании, последующих пунктах формулы изобретения и чертеже признаки как по отдельности, так и в любой комбинации друг с другом могут быть существенными для изобретения.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Распределительное дно
2 Перегородка
3 Технологическая камера
4 Область
5 Загрузочное отверстие
6 Разгрузочное отверстие
7 Поток твердого вещества
8 Вытесняющий элемент
9 Кольцеобразная технологическая камера
10 Стенки
11 Затвор
12 Камера
13 Затвор
14 Затвор для пропускания сверху
15 Затвор для пропускания снизу