АППАРАТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОРОШКООБРАЗНОГО МАТЕРИАЛА
UNIT TO PROCESS POWDER MATERIALS

Настоящее изобретение относится к аппарату для обработки порошкообразного (или дисперсного либо сыпучего) материала, имеющему рабочую камеру для обработки в ней порошкообразного материала с днищем, снабженным сквозными отверстиями для подачи через них рабочего воздуха в рабочую камеру, и выпускное отверстие для отвода рабочего воздуха из рабочей камеры.
Подобный аппарат известен, например, из DE 10054557 А1.
Такие аппараты используются главным образом для гранулирования порошкообразного материала либо для нанесения покрытия на его частицы. В этих аппаратах через их днище в рабочую камеру подается газообразная среда, так называемый рабочий воздух, который поступает при этом в рабочую камеру примерно в горизонтальном направлении через множество отверстий, обычно в виде кольцевых щелей, образованных между взаимно перекрывающимися направляющими пластинами. Днища подобных аппаратов могут иметь самое различное конструктивное исполнение, известное, например, из DE 19904147 A1, DE 10202582 C1 или DE 10248116 В3. Частицы обрабатываемого материала захватываются и завихряются потоком воздуха, выходящим из днища, от конструкции которого при этом зависит конкретный характер завихрения частиц обрабатываемого материала. Так, например, при некотором дополнительном отклонении потока рабочего воздуха еще и в окружном направлении постепенно образуется вихревой поток в виде тороидально вращающегося кольца.
При необходимости образования из пылевидных порошков более крупных агломератов, т.е. при необходимости гранулирования обрабатываемого материала, в подобный тороидально вращающийся вихревой поток через форсунки дополнительно распыляют клейкую среду. Для этого, например, согласно DE 10248116 В3 в ограничивающую рабочую камеру стенку емкости вставлены обращенные наклонно вверх распылительные форсунки. При нанесении покрытия на частицы обрабатываемого материала покрытие должно наноситься, т.е. напрыскиваться, на уже укрупнившуюся частицу максимально равномерным слоем.
Завихренные рабочим воздухом частицы обрабатываемого материала вновь падают под действием собственной силы тяжести на днище, т.е. отделяются от рабочего воздуха, выходящего из рабочей камеры на ее верхнем выходном конце через соответствующее выпускное отверстие.
Рабочий воздух подается через впускное отверстие в находящуюся под днищем камеру и затем через множество отверстий в днище попадает в рабочую камеру.
После выхода из рабочей камеры и после прохождения через возможно предусмотренные у верхнего конца рабочей камеры фильтры рабочий воздух отводится из аппарата и подается на очистку.
В известных аппаратах, к которым относится настоящее изобретение, предусмотрены отдельные, так называемые моноблочные устройства, расположенные вне самого аппарата, обычно рядом с ним или над ним, и соединенные с ним системами трубопроводов.
В подобных случаях речь идет о моноблочных устройствах для подачи воздуха, отвечающих за кондиционирование рабочего воздуха, и о моноблочных устройствах для отвода воздуха, предназначенных для отвечающей экологическим требованиям очистки отходящего рабочего воздуха перед его выбросом в атмосферу. Подаваемый в аппарат рабочий воздух соответственно нагревают, подвергают осушке с доведением содержания в нем влаги до определенного уровня и подают в аппарат с расходом, необходимым для проведения технологического процесса.
В зависимости от вида обработки материала в аппарате из отводимого из него рабочего воздуха необходимо удалять влагу, прежде всего растворители.
Известные системы, в которых собственно аппарат, т.е. установка для гранулирования и нанесения покрытия в псевдоожиженном слое (называемая также гранулятором с псевдоожиженным слоем или сокращенно ГСС), взаимодействует с необходимыми для его работы внешними моноблочными устройствами для подачи и отвода воздуха, занимают много места. При этом трубопроводы для подачи и отвода воздуха часто имеют большую длину и, как следствие, большую площадь внутренних поверхностей, которые требуют периодической очистки или иного обслуживания.
Поскольку подобные аппараты широко используются в фармацевтической промышленности, такие трубопроводы изготавливают из высококачественных металлических материалов, которые обладают относительно большой металлической массой, которая представляет собой систему с высокой тепловой инерцией и поэтому препятствует быстрому изменению температуры рабочего воздуха.
Поскольку в воздухопроводах их внутренняя поверхность хорошо просматривается лишь крайне редко, очистка подобных поверхностей возможна только с использованием предназначенных для этого технически сложных интегрированных систем. При этом речь идет об устройствах для "очистки по месту" или "промывки по месту".
Установки с разветвленной сетью трубопроводов и множеством внешних устройств требуют также относительно высоких затрат на их звуко- и теплоизоляцию, с чем связаны значительные расходы на сооружение и эксплуатацию подобного аппарата.
Из US 4557904 известен реактор для проведения экзотермических химических реакций в псевдоожижающей среде, используемой для отвода теплоты реакции. В таком реакторе (аппарате) для охлаждения и поглощения теплоты, выделяющейся при протекании экзотермической реакции, предусмотрен охладитель.
Из ЕР 0282777 А известен аппарат для сжигания углеродсодержащего материала в установке с псевдоожиженным слоем, в рабочей камере которой расположен теплообменник, служащий для охлаждения и/или нагрева газов.
Из DE 4141227 А1 известен работающий под давлением реактор с псевдоожиженным слоем, вокруг центрального реакционного пространства которого (реактора) расположено несколько групп фильтров, предназначенных для отфильтровывания твердых веществ.
В основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать аппарат указанного в начале описания типа в том отношении, чтобы повысить экономическую эффективность проведения в нем соответствующего технологического процесса.
Эта задача решается согласно изобретению благодаря тому, что предлагаемый в изобретении аппарат имеет интегрированное в него устройство для кондиционирования и для обеспечения циркуляции рабочего воздуха в циркуляционном контуре, имеющее по меньшей мере один конденсатор и один воздухонагреватель, и фильтровальную систему, которая предназначена для удаления твердых веществ из потока, выходящего из рабочей камеры рабочего воздуха, и фильтры которой установлены по ходу потока рабочего воздуха перед устройством для его кондиционирования.
Предлагаемое в изобретении решение позволяет отказаться от известного из уровня техники принципа с размещением моноблочных устройств вне собственно аппарата и проводить наиболее важные операции по обработке рабочего воздуха, а именно: его кондиционирование и обеспечение его циркуляции в замкнутом циркуляционном контуре, непосредственно в самом аппарате.
Интегрирование в аппарат большинства необходимых для обработки рабочего воздуха элементов позволяет повысить компактность аппарата и в результате значительно уменьшить потребную для его размещения площадь и занимаемое им пространство. Одновременно с этим интегрированные в аппарат необходимые для обработки рабочего воздуха элементы обладают меньшей массой, что равнозначно более быстрому изменению температуры рабочего воздуха и ускорению реакции системы на управляющие воздействия при регулировании.
Благодаря компактной конструкции предлагаемого в изобретении аппарата удается также уменьшить уровень сопровождающего его работу шума и уровень тепловой эмиссии. В подобной конструкции с рабочим воздухом контактируют поверхности меньшей площади, что существенно упрощает их очистку. В целом же предлагаемое в изобретении решение позволяет снизить стоимость всей установки, а также уменьшить расход затрачиваемой на ее эксплуатацию энергии благодаря существенно меньшим ее потерям.
Выходящий из рабочей камеры рабочий воздух в большинстве случаев содержит растворители, присутствующие в наносимой в рабочей камере на обрабатываемый материал обрабатывающей среде, прежде всего воду и органические растворители. Помимо этого несмотря на наличие фильтров не исключена возможность прохождения через них вместе с рабочим воздухом захватываемых и переносимых им паров жидкостей или мельчайших капелек жидкостей, которыми тем самым определяется общее содержание вредных веществ в отходящем рабочем воздухе. Подобные компоненты, присутствующие в рабочем воздухе, можно отделять от него путем их конденсации в соответствующем конденсаторе.
Благодаря размещению конденсатора непосредственно в предлагаемом в изобретении аппарате в системе отсутствуют трубопроводы, необходимые в противном случае для подачи содержащего вредные вещества рабочего воздуха во внешние устройства с конденсатором.
Размещение же воздухонагревателя непосредственно в предлагаемом в изобретении аппарате позволяет нагревать рабочий воздух до рабочей температуры непосредственно после его выхода из конденсатора. Благодаря этому обеспечивается оптимальное с точки зрения энергетического баланса проведение процессов охлаждения рабочего воздуха для выделения конденсата переносимых им вредных веществ и последующего повторного нагрева рабочего воздуха до рабочей температуры.
Преимущество, связанное с наличием фильтровальной системы в предлагаемом в изобретении аппарате, состоит в очистке циркулирующего в нем рабочего воздуха от захваченных им твердых частиц. Подобная фильтровальная система может состоять из известных динамических фильтровальных систем, задерживающих даже мельчайшие твердые частицы, которые путем создания импульсов давления периодически удаляют с фильтров и возвращают в рабочую камеру. Подобные фильтровальные системы могут представлять собой фильтровальные свечи, фильтровальные патроны или фильтры с напоминающим по форме клоунский воротник бортиком, расположенные в верхней части рабочей камеры.
Преимущество, связанное с размещением фильтровальной системы по ходу потока рабочего воздуха перед устройством для его кондиционирования, состоит в очистке рабочего воздуха фильтровальной системой от захваченных и переносимых им твердых частиц еще до поступления рабочего воздуха в конденсатор. Тем самым исключается загрязнение поверхностей конденсатора такими переносимыми рабочим воздухом твердыми частицами, т.е. их осаждение на поверхностях конденсатора.
В одном из вариантов осуществления изобретения устройство для кондиционирования рабочего воздуха расположено по меньшей мере вокруг рабочей камеры. Преимущество этого варианта состоит в получении исключительно компактной конструкции, которая одновременно обеспечивает возможность простого доступа извне к деталям и элементам устройства для кондиционирования рабочего воздуха. Подобная компактная конструкция позволяет также простейшим путем решить проблему шумо- и теплоизоляции.
В еще одном варианте осуществления изобретения фильтровальная система также расположена вокруг рабочей камеры. Преимущество этого варианта состоит в том, что несмотря на наличие фильтров предлагаемый в изобретении аппарат в целом имеет компактную конструкцию, а также в том, что и в этом случае обеспечивается исключительно легкий доступ к элементам фильтровальной системы, например, извне аппарата.
В следующем варианте осуществления изобретения под днищем аппарата установлен вентилятор для обеспечения циркуляции рабочего воздуха. Преимущество этого варианта состоит в том, что пространство под днищем аппарата является оптимальным местом для размещения подобного вентилятора, поскольку подобные днища обычно в любом случае имеют круглый наружный контур.
В следующем варианте осуществления изобретения вентилятор установлен по ходу потока рабочего воздуха между конденсатором и воздухонагревателем. Преимущество этого варианта состоит в том, что поступающий к вентилятору рабочий воздух уже очищен от всех вредных веществ и при нагнетании вентилятором должен на своем пути к днищу аппарата пройти лишь через воздухонагреватель. Тем самым создаются условия для особо эффективного управления кондиционированием рабочего воздуха касательно регулирования его расхода и/или энтальпии.
В еще одном варианте осуществления изобретения в предлагаемом в нем аппарате предусмотрена по меньшей мере одна форсунка для распыления в рабочую камеру обрабатывающей среды для обработки порошкообразного материала. Это известное как таковое решение обеспечивает возможность подачи в рабочую камеру обрабатывающей среды через форсунки в необходимом месте.
В следующем варианте осуществления изобретения предусмотрена возможность отбора распыляющего воздуха, необходимого для распыления обрабатывающей среды, от рабочего воздуха по соответствующему трубопроводу и подачи этого распыляющего воздуха в форсунку. Существенное преимущество этого варианта состоит в возможности создания полностью замкнутой газонепроницаемой системы. В такой системе происходит постоянный кругооборот воздуха за счет того, что воздух в необходимом для распыления обрабатывающей среды через форсунку количестве отбирается от рабочего воздуха и подается в форсунку. Подобное решение позволяет получить особо компактную, полностью герметичную конструкцию, в которой и рабочий воздух, и распыляющий воздух, подаваемый в форсунку, движутся исключительно внутри аппарата без утечек вовне. Поскольку форсунка распыляет обрабатывающую среду в рабочую камеру, выходящий из форсунки распыляющий воздух перемешивается с рабочим воздухом и поэтому может вместе с ним очищаться, соответственно подвергаться кондиционированию, т.е. прежде всего очищаться от растворителей или иных аналогичных веществ и затем вновь подаваться в форсунку в виде "чистого распыляющего воздуха".
В еще одном варианте осуществления изобретения предусмотрен компрессор для сжатия распыляющего воздуха. Преимущество этого варианта состоит в возможности индивидуально регулировать с помощью такого компрессора давление распыляющего воздуха, соответственно его расход. Подобный компрессор также может быть встроен в предлагаемый в изобретении аппарат, но может располагаться и вне него, поскольку обрабатывающая среда должна принудительно подаваться извне с какими-либо веществами, прежде всего с веществом, которое должно подаваться в обрабатываемый материал.
В следующем варианте осуществления изобретения вокруг рабочей камеры предлагаемого в нем аппарата имеется кольцевое пространство, в котором размещены по меньшей мере части фильтровальной системы и/или устройства для кондиционирования рабочего воздуха. Преимущество этого варианта состоит в получении аппарата исключительно компактной, занимающей мало места конструкции, в которой отдельные детали и элементы расположены вокруг рабочей камеры с обеспечением легкого доступа к ним.
В следующем варианте осуществления изобретения рабочая камера предлагаемого в нем аппарата с боков ограничена вертикальной цилиндрической стенкой, а снизу - примыкающим к ней днищем, под которым расположены воздухонагреватель и вентилятор, а в окружающем стенку кольцевом пространстве расположены кольцевые фильтры и по меньшей мере один установленный ниже по ходу потока рабочего воздуха кольцевой конденсатор. В этом особом варианте выполнения предлагаемого в изобретении аппарата обеспечивается оптимальная подгонка устройства для кондиционирования рабочего воздуха под геометрию рабочей камеры с получением в результате особо компактного, эффективно монтируемого и тем самым простого в эксплуатации аппарата.
В еще одном варианте осуществления изобретения предлагаемый в нем аппарат на своем верхнем конце со стороны выходного конца рабочей камеры закрыт крышкой, обеспечивающей отклонение рабочего воздуха в устройство для его кондиционирования. Подобная крышка, таким образом, служит не только в качестве собственно крышки, герметично закрывающей аппарат, а в некоторых случаях - и в качестве смотрового окна для наблюдения за происходящими в рабочей камере процессами, но и одновременно направляет выходящий из рабочей камеры рабочий воздух в другие устройства для его очистки, соответственно кондиционирования, такие, например, как фильтры, конденсаторы и иные устройства аналогичного назначения.
В еще одном варианте осуществления изобретения на верхнем выходном конце рабочей камеры предлагаемого в изобретении аппарата расположена сетка. Такую сетку предпочтительно выполнять в виде качающейся сетки. Преимущество этого варианта состоит в возможности отделения от выходящего из рабочей камеры потока рабочего воздуха твердых частиц. Благодаря выполнению указанной сетки качающейся задержанные ею твердые частицы отделяются от нее и падают обратно в рабочую камеру. Тем самым такие частицы вновь поступают на обработку. Выполнение же сетки плоской дополнительно повышает компактность предлагаемого в изобретении аппарата.
В следующем варианте осуществления изобретения предусмотрено устройство для отсасывания задержанных фильтровальной системой твердых веществ. Преимущество этого варианта состоит в повышении эффективности фильтровальной системы за счет отсасывания с фильтров задержанных ими твердых веществ. При этом при наличии многоступенчатых фильтров твердые вещества не требуется отсасывать со всех фильтров, а вполне достаточно отсасывать их с фильтра или фильтров, задерживающего/задерживающих преобладающую, обычно более крупнозернистую фракцию твердых веществ.
В еще одном варианте осуществления изобретения устройство для отсасывания твердых веществ имеет подвижный всасывающий патрубок, через который периодически отсасываются твердые вещества, задержанные фильтрами фильтровальной системы. Преимущество этого варианта состоит в возможности подвода всасывающего патрубка к фильтрам или его перемещения над ними и тем самым в возможности отсасывания твердых веществ с фильтров непосредственно в процессе работы аппарата.
В еще одном варианте осуществления изобретения при использовании в предлагаемом в нем аппарате фильтровальной системы с фильтрами, расположенными в кольцевом пространстве вокруг рабочей камеры, подвижный всасывающий патрубок выполнен в виде вращающегося по кругу (крутящегося) всасывающего патрубка. Преимущество этого варианта состоит в том, что благодаря наличию вращающегося по кругу всасывающего патрубка твердые вещества можно непрерывно отсасывать из фильтровальной системы, но при этом одновременно достаточно большие участки фильтров всегда остаются свободными для проведения собственного процесса фильтрования.
В еще одном варианте осуществления изобретения предусмотрена возможность возврата отсасываемого устройством для отсасывания твердых веществ рабочего воздуха после отделения от него отсосанных вместе с ним твердых веществ обратно в аппарат. Преимущество этого варианта состоит в сохранении принципа циркуляции воздуха в замкнутом контуре и в подобной конструкции за счет возврата в ней отсосанного рабочего воздуха обратно в технологический процесс.
В следующем варианте осуществления изобретения на верхнем выходном конце рабочей камеры расположена сетка, для сдувания прилипших к которой частиц обрабатываемого материала предусмотрено соответствующее устройство. Такая сетка, которая пропускает мелкие твердые частицы, улавливаемые затем упомянутыми выше фильтрами, задерживает захваченные рабочим воздухом и переносимые им более крупные частицы обрабатываемого материала. Эти частицы либо удерживаются с нижней стороны сетки потоком проходящего через нее рабочего воздуха, либо прилипают к нижней стороне сетки из-за застревания в ее ячейках или из-за все еще своей клейкой консистенции. В результате этого такие частицы обрабатываемого материала оказываются выведенными из дальнейшего процесса обработки, и поэтому их для обеспечения максимально равномерной обработки всех частиц обрабатываемого материала необходимо возвращать в рабочую камеру. В рассматриваемом варианте эту функцию и выполняет устройство для сдувания с сетки прилипших к ней частиц обрабатываемого материала.
В еще одном варианте осуществления изобретения устройство для сдувания с сетки прилипших к ней частиц обрабатываемого материала имеет перемещающийся над сеткой нагнетательный наконечник. Преимущество этого варианта состоит в том, что нагнетательный наконечник позволяет непрерывно продувать воздухом части сетки, достаточно большие участки которой, однако, при этом остаются свободными для пропускания рабочего воздуха и поддержания тем самым в целом постоянной циркуляции рабочего воздуха по замкнутому контуру в аппарате.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство для отсасывания с фильтров задержанных ими твердых веществ и устройство для сдувания с сетки прилипших к ней частиц обрабатываемого материала скомбинированы между собой в том отношении, что обеспечивается возможность подачи рабочего воздуха, отсосанного устройством для отсасывания твердых веществ, в устройство для сдувания твердых частиц. Преимущество этого варианта в свою очередь состоит в том, что и при таком выполнении системы очистки фильтров и продувки сетки обеспечивается циркуляция воздуха в замкнутом контуре, поскольку именно тот воздух, который всасывается соответствующим устройством для отсасывания с фильтров задержанных ими твердых веществ, после их отделения от него возвращается обратно в систему при продувке им сетки.
В еще одном варианте осуществления изобретения над рабочей камерой предлагаемого в изобретении аппарата расположен проходящий в радиальном направлении вращающийся комбинированный всасывающе-нагнетательный наконечник. Преимущество этого варианта состоит в наличии у обоих устройств, одно из которых предназначено для отсасывания с фильтров задержанных ими твердых веществ, а другое - для сдувания с сетки прилипших к ней частиц обрабатываемого материала, общего конструктивного элемента.
В следующем варианте осуществления изобретения всасывающе-нагнетательный наконечник имеет всасывающее отверстие, расположенное в зоне фильтров и обращенное к ним, и нагнетательное отверстие, расположенное в зоне сетки и обращенное к ней. В соответствии с этим вращающийся всасывающе-нагнетательный наконечник через всасывающее отверстие отсасывает с фильтров задержанные ими твердые вещества и одновременно нагнетает через сетку возвращаемый в цикл воздух, которым при этом от сетки отделяются прилипшие к ней частицы обрабатываемого материала.
В следующем варианте осуществления изобретения предусмотрено всасывающее устройство, соединенное со всасывающе-нагнетательным наконечником. Преимущество этого варианта состоит в возможности использования совместно с предлагаемым в изобретении аппаратом, например, промышленного пылесоса, который отсасывает из аппарата воздух и отделяет от него захваченные им твердые частицы и из которого затем "отходящий воздух" вновь подается в нагнетательный наконечник. Подобное решение не только требует минимальных затрат на его реализацию, поскольку на рынке имеются промышленные пылесосы самых разнообразных моделей, но и обеспечивает возможность целенаправленного сбора задержанных фильтрами и затем вновь удаленных с них путем отсасывания твердых веществ. Если речь при этом идет о дорогостоящих твердых веществах, например, фармацевтических, то подобное решение позволяет возвращать их на обработку. Если же речь идет о критических или экологически опасных веществах, то подобное решение позволяет целенаправленно выводить их из аппарата и собирать.
В еще одном варианте осуществления изобретения конденсатор имеет первый конденсатор для выделения водяного конденсата и второй, последовательно установленный за ним конденсатор для выделения конденсата растворителей, точка росы паров которых ниже точки росы водяного пара. При обработке порошкообразного материала прежде всего в фармацевтической промышленности в рабочей камере перерабатываются и водные растворы, и растворы в органических растворителях. Выполнение же конденсатора двухступенчатым, соответственно состоящим из двух конденсаторов, позволяет сначала отделять от рабочего воздуха воду путем выделения ее конденсата, а затем - те растворители, точка росы паров которых существенно ниже точки росы водяного пара. Преимущество этого варианта состоит не только в возможности по отдельности рекуперировать оба этих вещества за счет двухступенчатой конденсации, но и в возможности предотвратить, например, замерзание выделившегося водяного конденсата на конденсаторе, работающего на охладителе с исключительной низкой температурой.
В еще одном варианте осуществления изобретения у предлагаемого в нем аппарата предусмотрено присоединение для подачи инертного газа. Существенное преимущество этого варианта состоит в возможности подачи во внутреннее пространство рабочей камеры защитного газа для обеспечения взрывобезопасной работы всей установки, для чего содержание, например, кислорода в находящейся в рабочей камере аппарата среде должно за счет подачи в нее защитного (инертного) газа поддерживаться на уровне ниже 6 об.%.
В следующем варианте осуществления изобретения предусмотрен газоанализатор для определения состава рабочего воздуха в аппарате, прежде всего для определения содержания в нем кислорода. Преимущество этого варианта состоит в возможности непрерывного анализа состава рабочего воздуха с помощью газоанализатора и тем самым в возможности исключения опасности взрыва.
Очевидно, что описанные выше и рассмотренные в последующем описании отличительные признаки можно использовать не только в их конкретно указанных, но и в других комбинациях или даже по отдельности, не выходя при этом за объем изобретения.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - вертикальный разрез предлагаемого в изобретении аппарата с интегрированным в него устройством для кондиционирования рабочего воздуха и обеспечения его циркуляции,
на фиг.2 - поперечный разрез аппарата, показанного на фиг.1,
на фиг.3 - упрощенная принципиальная схема предлагаемого в изобретении аппарата с некоторыми периферийными дополнительными устройствами для подачи материалов через форсунку,
на фиг.4 - аналогичный приведенному на фиг.1 вертикальный разрез выполненного по другому варианту предлагаемого в изобретении аппарата,
на фиг.5 - аналогичный приведенному на фиг.2 поперечный разрез аппарата, показанного на фиг.4, и
на фиг.6 - аналогичная приведенной на фиг.3 упрощенная принципиальная схема выполненного по другому варианту предлагаемого в изобретении аппарата.
Показанный на фиг.1-3 аппарат для обработки порошкообразного материала обозначен общей позицией 10.
Аппарат 10, показанный в продольном разрезе на фиг.1, имеет емкость 12 с внутренней вертикальной стенкой 14 в виде полого цилиндра. Стенка 14 ограничивает с боков соответствующую рабочую камеру 16, которая снизу ограничена днищем 18.
Днище 18 состоит из семи расположенных уступами один над другим кольцевыми пластинами из листового металла, которые частично перекрывают друг друга с образованием между каждыми двумя соседними кольцевыми пластинами щелей, которые представляют собой кольцевые проходные отверстия в днище.
На фиг.2 в виде сверху в качестве примера показаны подобная кольцевая пластина из листового металла, обозначенная позицией 17, и соответствующая кольцевая щель, обозначенная позицией 19.
По центру днища 18 расположена форсунка 20, которая выполнена в виде кольцевой щелевой форсунки и не обозначенная на чертеже кольцевая щель которой проходит по всей окружности форсунки 20, которая тем самым обеспечивает кольцевое распыление жидкости в плоскости днища.
Более подробно конструкция и принцип действия подобного днища описаны, например, в публикации DE 10248116 С1, которая в этом отношении включена в настоящее описание в качестве ссылки.
Указанная выше распылительная форсунка с углом распыла, равным 180°, и угловой протяженностью сектора распыления жидкости, равной 360°, описана, например, в публикации DE 10232863 А1, которая в этом отношении включена в настоящее описание в качестве ссылки.
Использование подобного днища в комбинации с подобной распылительной форсункой описано также в заявке РСТ/ЕР2004/010096 от 10.09.2004.
Вокруг внутренней стенки 14 с отступом от нее расположена наружная стенка 22, между которой и стенкой 14 в результате образуется кольцевое пространство 24. Наружная стенка 22 выполнена несколько выше стенки 14, а ограниченное стенкой 22 пространство - сверху закрытой крышкой 26.
С верхней стороны ограниченное стенкой 14 пространство закрыто качающейся сеткой 30, являющейся компонентом фильтровальной системы 28.
В верхней части кольцевого пространства 24 расположено два кольцевых фильтра 32 и 33 V-образного профиля двух разных классов.
Качающаяся сетка 30 служит для предварительной (грубой) очистки отходящего воздуха, фильтр 32 V-образного профиля служит для тонкой очистки отходящего воздуха, а расположенный под ним фильтр 33 V-образного профиля служит для сверхтонкой очистки отходящего воздуха.
Под фильтровальной системой 28 в кольцевом пространстве 24 расположен двухступенчатый конденсатор 35, в который подается и из которого отводится через присоединения 37, 38 охлаждающая среда 40. В зависимости от типа отделяемых от отработавшего воздуха путем конденсации веществ, например, воды и растворителей, таких как ацетон, изопропанол, этанол и другие, температура проходящей через присоединения 37 и 38 охлаждающей среды 40 может составлять от -40 до +5°С.
Внутренняя стенка 14 оканчивается с отступом от основания 41, которым снизу оканчивается наружная стенка 22. В результате между нижним концом внутренней стенки и основанием остается кольцевое отверстие 42. В зоне этого отверстия 42 расположен каплеотделитель 43, который находится над сборным поддоном 44, с которым соединен выпускной трубопровод 45, по которому сконденсировавшиеся жидкости поступают в сборный бак 46 (см. фиг.3).
В пространстве 47, ограниченном сверху днищем 18, а с боку - стенкой 14, расположен вентилятор 48, работающий по типу центробежной воздуходувки. Такой всасывающий центробежный высокопроизводительный вентилятор приводится в действие гидравлическим, пневматическим или электрическим приводом. По центру над вентилятором 48 расположена форсунка 20, которую можно извлечь из аппарата 10, вынув снизу из днища 18. Имеющий примерно цилиндрическую форму и находящийся под днищем 18 корпус расположенной по центру форсунки 20 окружен отстоящей от него трубой 51.
Вокруг трубы 51 расположен воздухонагреватель 52, в который подается и из которого отводится через выступающие наружу присоединения 54, 55 теплоноситель 57. В качестве такого теплоносителя может использоваться нагретая вода, горячая вода или водяной пар. Воздухонагреватель может быть также выполнен в виде электрического воздухонагревателя.
В пространстве между наружной боковой стороной корпуса форсунки 20 и трубой 51 расположены заслонки 50.
Между вентилятором 48 и воздухонагревателем 52 расположены еще одни заслонки 49.
Изменяя положение заслонок, можно увеличивать или уменьшать расход нагнетаемого вентилятором 48 в направлении воздухонагревателя 52 рабочего воздуха, подаваемого непосредственно в воздухонагреватель 52 или подаваемого по байпасу между воздухонагревателем 52 и корпусом форсунки 20 к нижней стороне днища 18. Соответствующее регулирование положения заслонок осуществляется не показанной на чертеже системой управления.
Стенки 14, 22 снабжены видимой в продольном и поперечном разрезах аппарата изоляцией 59, соответственно 61, благодаря которой конденсатор 35 и воздухонагреватель 52 термоизолированы друг от друга.
Расположенный в кольцевом пространстве 24 конденсатор 35, вентилятор 48 и воздухонагреватель 52 являются компонентами устройства 60 для кондиционирования рабочего воздуха 21 и для обеспечения его циркуляции по замкнутому контуру.
Для создания замкнутой циркуляционной системы рабочий воздух 21 после прохождения им через каплеотделитель 43 отводится из аппарата 10 по всасывающему трубопроводу 63, как это показано на фиг.3.
Отводимый по всасывающему трубопроводу 63 рабочий воздух 21 сжимается компрессором 73 и по двум трубопроводам 74, 75 вновь подается в форсунку 20 в качестве распыляющего воздуха. Распыляемая форсункой 20 обрабатывающая среда 76 подготавливается в смесителе 67 с мешалкой 69 и нагнетается в форсунку 20 наносом 71.
Как уже указывалось выше, форсунка 20 выполнена в виде кольцевой щелевой форсунки (с круговой распылительной щелью), распыляющей обрабатывающую среду во взаимодействии с распыляющим воздухом в виде примерно горизонтальной плоской струи над самой верхней кольцевой направляющей пластиной днища 20 с отступом от нее.
Кольцевые пластины 17 расположены друг над другом таким образом, что рабочий воздух 21 выходит из днища в виде движущегося радиально изнутри наружу потока, отклоняемого затем радиально внутренней поверхностью стенки 14 вверх и захватывающего при этом частицы обрабатываемого материала, которые в последующем вновь падают по центру на головку форсунки 20, как это обозначено на фиг.1 соответствующими стрелками, указывающими направления движения рабочего воздуха и частиц обрабатываемого материала.
Таким образом, частицы обрабатываемого материала завихряются в рабочей камере 16 проходящим через днище 18 рабочим воздухом 21, образуя, например, вихревой поток в виде тороидально вращающегося кольца. При этом обрабатываемый материал исключительно равномерно обрабатывается распыляемой в виде плоской струи жидкостью.
Рабочий воздух 21 на верхнем конце рабочей камеры 16 выходит из нее и проходит при этом через качающуюся сетку 30, которой задерживаются захваченные рабочим воздухом крупные частицы твердого вещества, которые благодаря вибрации качающейся сетки вновь стряхиваются с нее, соответственно с ее нижней стороны, и возвращаются в рабочую камеру 16.
Нижней стороной крышки 26 отходящий рабочий воздух 21 отклоняется вертикально вниз и равномерно подается в кольцевое пространство 24. Поток отходящего рабочего воздуха поступает в кольцевое пространство 24 сверху вниз и проходит через первый фильтр 32 V-образного профиля, а затем через второй фильтр 33 V-образного профиля, которыми от рабочего воздуха отфильтровываются также мельчайшие захваченные им частицы твердого материала.
После этого отходящий рабочий воздух проходит через двухступенчатый конденсатор 35, которым от рабочего воздуха отделяются вода и другие растворители путем их конденсации. Образовавшийся конденсат скапливается в расположенном снизу сборном поддоне 44.
Предусмотренные в системе каплеотделители 43 предназначены для дополнительного отделения от рабочего воздуха захваченных им мельчайших капелек жидкости.
Очищенный таким путем отработавший рабочий воздух 21 поступает далее в пространство 47 и уже не содержит никаких возможных примесей, будь то твердые вещества или капельки жидкости. Часть этого рабочего воздуха всасывается во всасывающий трубопровод 63 и после описанного выше сжатия компрессором 33 подается в качестве распыляющего воздуха в форсунку 20.
Рабочий воздух 21 подается воздуходувкой 48 в воздухонагреватель 52 и нагревается в нем до соответствующей температуры.
В зависимости от положения заслонок 49, 50 рабочий воздух 21 пропускается непосредственно через воздухонагреватель 52 с большим или меньшим расходом.
Нагретый в воздухонагревателе рабочий воздух затем поступает к нижней стороне днища 18, проходит через щели 19 в нем и сначала образует своего рода примерно горизонтальную воздушную подушку, на которую как бы "опирается" тороидально движущееся интенсивно псевдоожиженное кольцо из завихренных частиц обрабатываемого материала.
Как показано на фиг.1 и 3, через присоединение 65, которое соединено с вентилятором 77, за которым установлены фильтры 79 с загрузкой из активированного угля, в системе может длительно поддерживаться определенное разрежение порядка 100 Па.
В самой системе происходит постоянный кругооборот воздуха, т.е. отводимый по всасывающему трубопроводу 63 из внутреннего циркуляционного контура рабочий воздух вновь подается в него в качестве распыляющего воздуха через форсунку, в результате чего из всей системы не выходит никакое количество рабочего воздуха или в нее не требуется подавать воздух извне. Поскольку в подобных системах должно поддерживаться определенное давление ниже атмосферного, в них предусматривают называемый подпиточным или вспомогательным вентилятор 77, позволяющий создавать в системе разрежение порядка 100 Па и одновременно прокачивать воздух через фильтр 79 с загрузкой из активированного угля, соответственно преодолевать создаваемое этим фильтром сопротивление потоку.
На практике вся система выполнена полностью герметичной, соответственно газонепроницаемой, а подпиточный вентилятор 77 всегда работает против пониженного давления, но не нагнетает никаких количеств воздуха по причине отсутствия его утечек.
Обрабатываемый материал можно загружать в рабочую камеру 16 сверху при открытой крышке 26 и приподнятой качающейся сетке 30.
Выгрузка обработанного материала происходит в радиальном или тангенциальном направлении через патрубок 82 с радиально или тангенциально установленной в нем заглушкой 84, которую можно извлекать из патрубка или вновь вставлять в него вручную либо механически/автоматически. Перемещаемый радиально и тангенциально рабочим воздухом 21 над днищем 18 продукт в виде частиц обрабатываемого материала автоматически попадает в разгрузочный патрубок 82 и через него поступает в соответствующий, не показанный на чертеже приемник.
Показанная на чертежах конструкция обеспечивает также возможность исключительно простой очистки всех внутренних поверхностей системы.
Так, например, все внутренние поверхности системы можно промывать промывочной или очищающей жидкостью с обеспечением ее циркуляции путем переключения вентилятора 48 на режим относительно медленного вращения, т.е. его переключения на работу в режиме, в котором достигается своего рода эффект стиральной машины.
Для обеспечения легкого доступа к расположенным в кольцевом пространстве 24 частям устройства 60 можно выполнить поднимаемой всю наружную стенку 22 либо выполнить ее сегментированной на отдельные части в виде поднимаемых по отдельности вверх дверец.
На фиг.4-6 показан выполненный по другому варианту предлагаемый в изобретении аппарат, обозначенный общей позицией 90.
Поскольку этот аппарат 90 по многим конструктивным элементам схож с аппаратом, описанным выше со ссылкой на фиг.1-3, одинаковые в обоих вариантах детали и элементы обозначены одними и теми же позициями.
Аппарат 90 имеет, как указано выше, вертикально расположенную емкость 92 в виде полого цилиндра, образующую рабочую камеру 94.
Снизу рабочая камера 94 ограничена днищем 96, которое выполнено так же, как и описанное выше днище 18, по центру которого расположена соответствующая форсунка 20, к нижней стороне которой крепится вентилятор 48. Соответственно и в данном варианте предусмотрен воздухонагреватель 52 со своими присоединениями 54 и 55.
Рабочая камера 94 в аппарате 90 также окружена кольцевым пространством 98, в котором расположены соответствующие детали и элементы устройства для кондиционирования рабочего воздуха.
Так, в частности, и в этом варианте предусмотрены два кольцевых фильтра 100 и 101 V-образного профиля, которые расположены у верхнего, находящегося со стороны набегания потока рабочего воздуха конца кольцевого пространства 98.
В отличие от аппарата 10 в аппарате 90 дополнительно предусмотрен третий фильтр 102 V-образного профиля, который по ходу потока рабочего воздуха расположен за вторым фильтром 101 V-образного профиля.
Этот третий фильтр 102 V-образного профиля служит третьей статической ступенью фильтрования так называемого класса S, т.е. представляет собой фильтр для улавливания мелкодисперсных аэрозольных частиц (или фильтр с проведением процесса во взвешенном слое загрузки).
Помимо этого в отличие от показанного на фиг.1 аппарата 10 в аппарате 90 используется не один конденсатор 35, а два конденсатора.
Первый кольцевой конденсатор 104 расположен в кольцевом пространстве 98 по ходу потока за третьим фильтром 102 V-образного профиля и предназначен для удаления из рабочего воздуха воды путем выделения ее конденсата. Через соответствующие присоединения 37 и 38 в этот первый конденсатор подается, соответственно вновь отводится из него либо холодная вода с температурой, например, от 6 до 12°С, либо солевой раствор с температурой от -5 до 0°С. Образовавшийся в первом конденсаторе 104 водяной конденсат стекает в кольцевой сборный поддон 105 и по выпускному трубопроводу 106 поступает в сборный бак 46, описанный выше со ссылкой на фиг.3.
Второй конденсатор 107 расположен у нижнего конца емкости 92, и через соответствующие присоединения 108, 109 в него подается и из него отводится охлаждающая среда, например, низкотемпературный охладитель (с температурой порядка -20°С), такой как фреон.
Этот второй конденсатор 107 предназначен для выделения конденсата тех жидкостей, точка росы паров которых ниже точки росы водяного пара, например, органических растворителей. Образовавшийся во втором конденсаторе 107 конденсат стекает в расположенный снизу сборный поддон 110 и по выпускному трубопроводу 111 поступает во второй сборный бак 112, как это показано на фиг.6. Над вторым конденсатором 107 расположен перфорированный металлический лист 114, выполняющий функцию выравнивающего устройства для потока, благодаря которому вентилятором 48 подается к нижней стороне днища 96 через воздухонагреватель 52 более или менее выровненный поток рабочего воздуха.
В крышке 123 аппарата 90 расположены устройство 116 для отсасывания рабочего воздуха, а также устройство 117 для его вдувания. Оба эти устройства 116, 117 скомбинированы между собой в том отношении, что они имеют общий всасывающе-нагнетательный наконечник 118, который показан прежде всего на фиг.5.
Всасывающе-нагнетательный наконечник 118 опирается через опорный ролик 120 на верхнюю кромку 121 стенки емкости 92. По центру крышки 123 на ней закреплен также привод 122, приводящий всасывающе-нагнетательный наконечник 118 во вращение вокруг центральной вертикальной продольной оси аппарата 90, т.е. вокруг продольной оси своего приводного вала 124, как это показано на фиг.4 и 5.
Как показано на фиг.5, всасывающе-нагнетательный наконечник 118 приводится во вращение по часовой стрелке, например, со скоростью от 5 до 10 об/мин. Верхний конец рабочей камеры, соответственно емкости 92 закрыт статической сеткой 113.
Как показано в продольном разрезе на фиг.4, всасывающе-нагнетательный наконечник 118 имеет всасывающий патрубок 126, входное отверстие которого обращено к фильтру 100 V-образного профиля и расположено непосредственно над ним. У соответствующего нагнетательного наконечника 128 его выходное отверстие обращено к сетке 113 и расположено непосредственно над ней.
Как показано в виде в плане на фиг.5, всасывающе-нагнетательный наконечник 118 располагается примерно радиально и одновременно в окружном направлении перекрывает определенную часть периметра самого верхнего фильтра 100 V-образного профиля. Через всасывающий патрубок вместе с воздухом всасываются задержанные фильтрами 100 и 101 твердые частицы. Одновременно с этим продувается расположенный радиально ближе к центру участок сетки 113.
Как показано на фиг.6, комбинированное устройство для отсасывания и нагнетания воздуха соответствующими трубопроводами 136 и 138 соединено со всасывающим устройством 134 в виде промышленного пылесоса.
Иными словами, всасывающее устройство 134 через всасывающий патрубок 126 и через фильтры 100 и 101 всасывает воздух, которым захватываются задержанные фильтрами твердые частицы 130, которые поступают во всасывающее устройство 134 и отфильтровываются в нем от потока воздуха, тогда как "отходящий воздух" возвращается в нагнетательный наконечник 128 и, проходя через сетку 113, сдувает прилипшие к ее нижней стороне частицы обрабатываемого материала 132 обратно в рабочую камеру 94, соответственно в завихренную над днищем 96 массу частиц обрабатываемого материала. Тем самым описанный выше процесс происходит в замкнутом циркуляционном контуре.
Как показано на фиг.4, аппарат 90 снабжен присоединением 140 для подачи инертного газа во внутреннее пространство или его продувки инертным газом.
В показанную на фиг.6 систему для поддержания создаваемого подпиточным вентилятором 77 разрежения дополнительно интегрирован газоанализатор 142, чувствительный элемент которого контактирует с проходящим по трубопроводу 144 рабочим воздухом. Этот газоанализатор 142 позволяет анализировать состав конкретного газа, прежде всего на наличие взрывчатой смеси, образование которой невозможно в том случае, когда содержание кислорода в рабочем газе остается ниже 6 об.%. Для поддержания концентрации кислорода в рабочем газе ниже указанного порогового значения в системе дополнительно можно предусмотреть соответствующие технические средства управления.