АППАРАТ С ОХЛАЖДЕНИЕМ ГРАНУЛИРОВАННОГО ЛЬДА

Аппарат относится к области техники получения гранулированного льда, который может быть использован в различных отраслях промышленности: химической, пищевой, энергетической, но предпочтительным является применение аппарата при строительстве крупных ледовых сооружений с использованием больших (тысячи куб.м) и очень больших (сотни тысяч куб.м) объемов льда: ледовые переправы, а также ледовые плотины, острова, набережные, запасы льда на летний период в виде глыб и т.п.
Известен аппарат для гранулирования льда, содержащий корпус со штуцерами подачи воздуха, воды и затравочных кристаллов, а также выгрузки гранул. В коробчатом корпусе аппарата выполнено окно с противоположно расположенным раструбом штуцеров подачи воздуха и выгрузки гранул льда, а между раструбом и окном размещена подвижная доска, содержащая решетку, заглушку и прямоугольное отверстие со скошенными кромками (полезная модель, патент РФ № 151813 от 31.12.14 г.).
Работу аппарата проводят периодически. Загружают затравочные кристаллы льда, создают псевдоожиженный циркуляционный слой холодным атмосферным воздухом, и подают воду с температурой около 0°С. Гранулы, после достижения определенного размера, выгружают, предварительно отключив подачу воды и воздуха.
Недостатком известного аппарата является завышенная температура выгружаемых гранул льда по сравнению с температурой псевдоожижающего агента - холодного атмосферного воздуха. Это происходит вследствие того, что температура воды для орошения близка к 0°С, и при ее попадании на поверхность гранул температура последних повышается. Поэтому, при оптимальной производительности аппарата и соответствующего расхода воздуха температура гранул на выходе составляет от -3°С до -8°С, в то время как температура воздуха для псевдоожижения составляет -(15-30)°С.
В процессе изготовления ледовых изделий (кубы, плиты, площадки и т.п.) гранулы заливают водой, температура которой, например речной, как правило, +(2-5)°С. Учитывая, что теплоемкость льда вдвое ниже, чем у воды (2,11 против 4,19 кДж/(кг⋅К)), а соотношение лед-вода в изделиях 2:1, температура гранул дополнительно повышается до -(1-4)°С, и время замораживания готовых изделий увеличивается, т.к. крупногабаритные объекты (кубы, плиты, площадки и т.п.) охлаждаются более медленно, чем овально-сферические гранулы фракции льда в кипящем режиме.
Задачей данного аппарата является охлаждение замороженных гранул до температуры, близкой на 0,5-1°С к температуре псевдоожижающего воздуха.
Для решения поставленной задачи центральная секция ограничена перегородками с окном и регулируемой по высоте заслонкой, а остальные секции перегородками со скосами и проемами верхних кромок, над которыми расположены патрубки подачи воды.
Аппарат показан на чертежах, где
на фиг. 1 - вид сверху на аппарат;
на фиг. 2 - поперечный разрез А-А (на фиг. 1);
на фиг. 3 - поперечный разрез Б-Б (на фиг. 1).
Аппарат с охлаждением гранулированного льда (фиг. 1) содержит горизонтальный корпус 1 с газовводом 2, раскалывателями гранул 3, газораспределительной решеткой 4, отмеченной двумя диагоналями, и поперечными перегородками 5, две из которых 6 в центральной секции оснащены окнами 7, между которыми выполнена подвижная заслонка 8. Торцы горизонтального корпуса 1 оснащены штуцерами подачи холодной воды 9, а боковая стенка горизонтального корпуса - желобом выгрузки гранул 10 из центральной секции аппарата.
Дентальная секция (разрез А-А на фиг. 1) показана на фиг. 2 и заключена между двумя центральными перегородками 6, которые содержат окна 7 и соединены с отбойным козырьком 11 для увеличения жесткости последнего и самих перегородок, а также для подавления вибрации элементов конструкции.
Промежуточные секции (разрез Б-Б на фиг. 1) содержат поперечные перегородки 5 (фиг. 3) со скосами 12 для предотвращения выброса гранул из фонтанов воздуха, и проемами 13 для движения гранул по секциям. Над поперечными перегородками 5 укреплены штуцеры подачи холодной воды 9.
Поступательное движение гранул отображено стрелками 14, выгрузка готовых гранул - стрелкой 15 (фиг. 1), подача воды (фиг. 3) для орошения гранул стрелкой 16 и движение воздуха для псевдоожижения - 17 (фиг. 2 и 3).
Циркуляционное движение (на фиг. 2 и 3) гранул в секциях показано стрелками 18.
Работу аппарата проводят следующим образом. Секции аппарата загружают на 2/3 высоты гранулированным льдом, причем центральную секцию между перегородками 6 (фиг. 1) заполняют крупной фракцией гранул. Запускают подачу воздуха через газоввод 2, и на холостом ходу (без подачи воды) охлаждают гранулы во всех секциях до температуры, близкой к температуре ожижающего агента (воздуха).
После подачи воды посредством штуцеров подачи холодной воды 9 (фиг. 3) начинают процесс намораживания, включают раскалыватели гранул 3 (фиг. 3), и аппарат выводят на рабочий режим, при котором в каждой секции гранулированный лед движется в циркуляционном движении 18 (фиг. 2 и 3). Интенсивность орошения целиком зависит от температуры воздуха, и выше -7°С процесс намораживания идет очень вяло и неэффективно. Оптимально началом процесса следует считать предел температур -(8-15)°С.
После орошения 16 (фиг. 3) гранулы опускаются 18 по наклонному днищу, попадают в поток холодного воздуха 17 и на выходе из него часть гранул раскалывают раскалывателем гранул 3 с получением затравочных кристаллов льда. Таким образом проходит один цикл циркуляции гранул, во время которого на поверхности гранул намораживается слой льда. Экспериментально выявлена особенность циркуляционного движения гранул - более крупные гранулы скатываются в секциях быстрее, чем мелкие, и поэтому преимущественно перетекают 14 (фиг. 1) через проемы 13 (фиг. 3) из секции в секцию по направлению к центральной секции, т.е. происходит процесс фракционирования гранул наряду с намораживанием льда.
Потоки гранул 14 (фиг. 1) из торцевых секций 5 объединяют в центральной секции между перегородками центральной секции 6, в которой гранулы под действием холодного воздуха циркулируют без орошения водой и охлаждаются до температуры, близкой к температуре псевдоожижающего воздуха 17. Совмещение потоков, возможное вследствие более быстрого течения процесса охлаждения гранул по сравнению с процессом намораживания, уменьшает время пребывания гранул и увеличивает удельную производительность аппарата. Выгрузка гранул регулируется подвижной заслонкой 8 в центральной секции (фиг. 2).
Охлаждение гранул в аппарате до температуры, близкой к воздуху, дает возможность укладывать охлажденные гранулы непосредственно на лед, связывать эти гранулы опрыскиванием водой, которая замерзает мгновенно путем адиабатического охлаждения за счет холода гранул. Через секунды такой каркас заливают водой и оставляют на замораживание в атмосферном воздухе.
Работу раскалывателей проверили на действующей модели по одному из патентов (патенты на полезную модель РФ № 146747 от 26.05.2014 г., № 149200 от 14.04.14 г., а также № 53381 от 01.07.14 г.).