Патент на изобретение №2347166

(54) СУШИЛКА КИПЯЩЕГО СЛОЯ С ИНЕРТНОЙ НАСАДКОЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике сушки дисперсных материалов в кипящем слое и может быть применено в анилино-красочной, пищевой, фармацевтической, микробиологической, химической и других отраслях промышленности. В сушилке кипящего слоя с инертной насадкой, содержащей корпус, состоящий из цилиндрической и конической частей, в котором размещены газораспределительная решетка и системы подачи раствора и теплоносителя. Установка дополнительно содержит отбойник для очистки инертной насадки, выполненный в виде перфорированной решетки, закрепленной в месте перехода цилиндрической части корпуса в коническую часть, а на боковой поверхности конической части корпуса размещены, по крайней мере, два сопла, в которые подают высокотемпературный теплоноситель, они установлены тангенциально корпусу и создают вращающийся поток инертной насадки, при этом газораспределительная решетка содержит пневматические акустические форсунки, вставленные в сопла, в которые подают высокотемпературный теплоноситель, а крышка корпуса также оборудована пневматическими акустическими форсунками, вставленными в сопла для высокотемпературного теплоносителя, причем сопла заключены в охлаждающий кожух, а для выгрузки высушенных гранул в решетке предусмотрено калиброванное отверстие, причем в нижней части корпуса расположена система улавливания, включающая в себя акустическую установку, где происходит акустическая агломерация мелких частиц, циклон и рукавный фильтр с бункером, а акустическая форсунка выполнена в виде корпуса с размещенным внутри генератором звуковых колебаний в виде сопла и кольцевого объемного резонатора, причем корпус выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка для подвода воздуха, а перпендикулярно ее оси расположена трубка для подвода раствора, при этом внутри корпуса, соосно ему, жестко закреплена втулка с верхним и нижним фланцами, причем нижний фланец жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе, а внутри втулки, соосно ей, расположен кольцевой объемный резонатор, выполненный в виде чашки с конической поверхностью, при этом чашка запрессована на стержне диаметром d резонатора, а в его хвостовой части расположены фиксирующие диски, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки, причем в нижнем фланце расположено, по крайней мере, одно сопло под углом 20÷40° к оси резонатора, продолжение оси сопла лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности, а на внутренней поверхности втулки выполнены соосные коническое и цилиндрическое отверстия, причем инертная насадка выполнена в виде полых шаров, или насадка выполнена в виде цилиндрических колец, или насадка выполнена в виде тороидальных колец. Технический результат – повышение производительности сушки. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технике сушки дисперсных материалов в кипящем слое и может быть применено в анилинокрасочной, пищевой, фармацевтической, микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является сушилка для сушки растворов, суспензий и паст в псевдоожиженном слое по а.с. СССР №201233, F26B 17/10, 1975 г., содержащая корпус, состоящий из цилиндрической и конической частей, в котором размещены газораспределительная решетка и системы подачи раствора и теплоносителя (прототип).

Недостаток прототипа – сравнительно невысокая производительность сушки конечного продукта.

Технический результат – повышение производительности сушки за счет интенсификации тепло- и массообмена путем подачи материала в смеси с теплоносителем двумя встречными потоками, один из которых формируется в кипящем слое.

Это достигается тем, что в сушилке кипящего слоя с инертной насадкой, содержащей корпус, состоящий из цилиндрической и конической частей, в котором размещены газораспределительная решетка и системы подачи раствора и теплоносителя, согласно изобретению она дополнительно содержит отбойник для очистки инертной насадки, выполненный в виде перфорированной решетки, закрепленной в месте перехода цилиндрической части корпуса в коническую часть, а на боковой поверхности конической части корпуса размещены, по крайней мере, два сопла, в которые подают высокотемпературный теплоноситель, они установлены тангенциально корпусу и создают вращающийся поток инертной насадки, при этом газораспределительная решетка содержит пневматические акустические форсунки, вставленные в сопла, в которые подают высокотемпературный теплоноситель, а крышка корпуса также оборудована пневматическими акустическими форсунками, вставленными в сопла для высокотемпературного теплоносителя, причем сопла заключены в охлаждающий кожух, а для выгрузки высушенных гранул в решетке предусмотрено калиброванное отверстие, причем в нижней части корпуса расположена система улавливания, включающая в себя акустическую установку, где происходит акустическая агломерация мелких частиц, циклон и рукавный фильтр с бункером, а акустическая форсунка выполнена в виде корпуса с размещенным внутри генератором звуковых колебаний в виде сопла и кольцевого объемного резонатора, причем корпус выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка для подвода воздуха, а перпендикулярно ее оси расположена трубка для подвода раствора, при этом внутри корпуса, соосно ему, жестко закреплена втулка с верхним и нижним фланцами, причем нижний фланец жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе, а внутри втулки, соосно ей, расположен кольцевой объемный резонатор, выполненный в виде чашки с конической поверхностью, при этом чашка запрессована на стержне диаметром d резонатора, а в его хвостовой части расположены фиксирующие диски, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки, причем в нижнем фланце расположено, по крайней мере, одно сопло под углом 20÷40° к оси резонатора, продолжение оси сопла лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности, а на внутренней поверхности втулки выполнены соосные коническое и цилиндрическое отверстия, причем инертная насадка выполнена в виде полых шаров, или насадка выполнена в виде цилиндрических колец, или насадка выполнена в виде тороидальных колец.

На фиг.1 изображена распылительная сушилка кипящего слоя с инертной насадкой, общий вид; на фиг.2 – схема акустической форсунки; на фиг.3-5 – варианты выполнения инертной насадки.

Распылительная сушилка кипящего слоя с инертной насадкой содержит корпус 1, состоящий из цилиндрической и конической частей, в котором размещены газораспределительная решетка 2, инертная насадка 11, отбойник для очистки инертной насадки, выполненный в виде перфорированной решетки 10, закрепленной в месте перехода цилиндрической части корпуса 1 в коническую часть. Инертная насадка 11 находится между газораспределительной решеткой 2 и перфорированной решеткой 10. На боковой поверхности конической части корпуса 1 размещены, по крайней мере, два сопла, в которые подают высокотемпературный теплоноситель, причем они установлены тангенциально корпусу и создают вращающийся поток инертной насадки 11.

Газораспределительная решетка 2 содержит пневматические акустические форсунки 3, вставленные в сопла 4, в которые подают высокотемпературный теплоноситель. Крышка 5 сушилки также оборудована пневматическими акустическими форсунками 6, вставленными в сопла 7 для высокотемпературного теплоносителя. Сопла заключены в охлаждающий кожух 8. Для выгрузки высушиваемых гранул в решетке предусмотрено калиброванное отверстие 9. Отбойник для очистки инертной насадки 11 может быть выполнен в виде пакета сеток, собранных из металлических пружин (на чертеже не показано), связанных или соприкасающихся одна с другой.

Инертная насадка (фиг.3-5) может быть выполнена в виде полых шаров, на сферической поверхности которых прорезана винтовая канавка в виде винтовой линии, образованной на сферической поверхности и имеющей в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс»; или в виде цилиндрических колец, на боковой поверхности которых прорезана винтовая канавка, или насадка выполнена в виде винтовой линии, образованной на цилиндрической поверхности и имеющей в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс»; или в виде тороидальных колец, имеющих профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс». Инертные частицы могут быть выполнены из упругих полимерных материалов, композиционных материалов и получены способами формования или спекания.

Акустическая форсунка (фиг.2) содержит полый корпус 16 с размещенным внутри генератором ультразвуковых колебаний в виде сопла 18 и кольцевого объемного резонатора 20. Корпус 16 выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка 22 для подвода воздуха, перпендикулярно ее оси расположена трубка 23 для подвода раствора. Внутри корпуса 16, соосно ему, жестко закреплена втулка 29 с фланцами 17 и 21, верхним и нижним, причем нижний фланец 21 жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе 16. Внутри втулки, соосно ей, расположен кольцевой объемный резонатор 20,выполненный в виде чашки 24 с конической поверхностью 26.

Чашка 24 запрессована на стержне диаметром d резонатора 20, а в его хвостовой части 19 расположены фиксирующие диски 27 и 28, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки 29. В нижнем фланце 21 расположено по крайней мере одно сопло 25 под углом к оси резонатора 20, величина которого лежит в следующем интервале величин: 20÷40°, причем продолжение оси сопла лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности 26. На внутренней поверхности втулки 29 выполнены соосные коническое и цилиндрическое отверстия 30 и 31.

Для оптимальной работы форсунки должны соблюдаться следующие соотношения ее параметров:

– отношение высоты h₁ кольцевого объемного резонатора 20 к расстоянию h между верхним основанием конической поверхности 26 и нижней торцевой поверхностью корпуса 16 лежит в оптимальном интервале величин h₁/h=1-3;

– отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 24 резонатора 20 к диаметру d₂ его внешней цилиндрической поверхности лежит в оптимальном интервале величин: d₁/d₂=0,7÷0,9;

– отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 24 резонатора 20 к диаметру d его стержня лежит в оптимальном интервале величин: d₁/d=1÷3;

– Отношение внутреннего диаметра d₁ чашки 24 резонатора 20 к высоте h₁ кольцевого объемного резонатора лежит в оптимальном интервале величин: d₁/h₁=1÷2.

Канал для выхода раствора представляет собой радиальный кольцевой зазор, лежащий в плоскости, перпендикулярной оси стержня распределительной головки, и образованный в ее крышке посредством пластины, жестко прикрепленной к стержню, перпендикулярно его оси, и связанной с крышкой, по крайней мере, тремя крепежными элементами с образованием радиального кольцевого зазора (на чертеже не показано).

Оптимальными параметрами для звуковой обработки в акустической установке среднедисперсной пыли с концентрацией ее в воздушном потоке не менее 2 г/м³ являются: уровень звукового давления в диапазоне 140…150 дБ, частота колебательного процесса в диапазоне 800…1000 Гц, время озвучивания в диапазоне 1,5…2 с.

Распылительная сушилка кипящего слоя с инертной насадкой работает следующим образом.

Раствор (суспензию, пульпу) подают с помощью форсунок 3 и 6 во встречно направленные потоки высокотемпературного теплоносителя. Основное удаление влаги происходит над кипящим слоем, а досушку образующихся гранул осуществляют в кипящем слое, что позволяет интенсифицировать процессы тепло- и массообмена и грануляции.

Для выгрузки высушиваемых гранул в решетке 2 предусмотрено калиброванное отверстие 9. Исходный раствор распыляется, высушивается, скалывается и уходит через патрубок 12 в систему улавливания: сначала в акустическую установку 13, где происходит акустическая агломерация мелких частиц, а затем в циклон 14 и рукавный фильтр 15 с бункером.

Акустическая форсунка для распыливания жидкостей работает следующим образом.

Распыливающий агент, например воздух, подается по трубке 22, где встречает на своем пути кольцевой объемный резонатор 20. В результате прохождения резонатора 20 распыливающим агентом (например, воздухом) в последнем возникают пульсации давления, создающие акустические колебания, частота которых зависит от параметров резонатора. Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию раствора, подаваемого через трубку 23 в сопло 25, откуда она попадает на окружность, находящуюся в средней части конической поверхности резонатора 20, затем дробится под воздействием акустических колебаний воздуха на мелкие капли, в результате чего образуется факел распыленного раствора с воздухом, корневой угол которого определяется величиной угла наклона конической поверхности 26 резонатора 20. В результате сушки получают тонкие порошки продуктов с влажностью до 0,8%.

Формула изобретения

1. Сушилка кипящего слоя с инертной насадкой, содержащая корпус, состоящий из цилиндрической и конической частей, в котором размещены газораспределительная решетка и системы подачи раствора и теплоносителя, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит отбойник для очистки инертной насадки, выполненный в виде перфорированной решетки, закрепленной в месте перехода цилиндрической части корпуса в коническую часть, а на боковой поверхности конической части корпуса размещены, по крайней мере, два сопла, в которые подают высокотемпературный теплоноситель, они установлены тангенциально корпусу и создают вращающийся поток инертной насадки, при этом газораспределительная решетка содержит пневматические акустические форсунки, вставленные в сопла, в которые подают высокотемпературный теплоноситель, а крышка корпуса также оборудована пневматическими акустическими форсунками, вставленными в сопла для высокотемпературного теплоносителя, причем сопла заключены в охлаждающий кожух, а для выгрузки высушенных гранул в решетке предусмотрено калиброванное отверстие, причем в нижней части корпуса расположена система улавливания, включающая в себя акустическую установку, где происходит акустическая агломерация мелких частиц, циклон и рукавный фильтр с бункером, а акустическая форсунка выполнена в виде корпуса с размещенным внутри генератором звуковых колебаний в виде сопла и кольцевого объемного резонатора, причем корпус выполнен в виде вертикально расположенной цилиндрической втулки, в верхней части которой расположена трубка для подвода воздуха, а перпендикулярно ее оси расположена трубка для подвода раствора, при этом внутри корпуса, соосно ему, жестко закреплена втулка с верхним и нижним фланцами, причем нижний фланец жестко зафиксирован в проточке, выполненной в корпусе, а внутри втулки, соосно ей, расположен кольцевой объемный резонатор, выполненный в виде чашки с конической поверхностью, при этом чашка запрессована на стержне диаметром d резонатора, а в его хвостовой части расположены фиксирующие диски, выполненные в виде упругих лепестков, взаимодействующих с внутренней поверхностью втулки, причем в нижнем фланце расположено, по крайней мере, одно сопло под углом 20÷40° к оси резонатора, продолжение оси сопла лежит на окружности, находящейся в средней части конической поверхности, а на внутренней поверхности втулки выполнены соосные коническое и цилиндрическое отверстия, причем инертная насадка выполнена в виде полых шаров, или насадка выполнена в виде цилиндрических колец, или насадка выполнена в виде тороидальных колец.

2. Сушилка по п.1, отличающаяся тем, что отношение высоты h₁ кольцевого объемного резонатора к расстоянию h между верхним основанием конической поверхности и нижней торцевой поверхностью корпуса лежит в оптимальном интервале величин h₁/h=1÷3; отношение внутреннего диаметра d₁ чашки резонатора к диаметру d₂ его внешней цилиндрической поверхности лежит в оптимальном интервале величин d₁/d₂=0,7÷0,9; отношение внутреннего диаметра d₁ чашки резонатора к диаметру d его стержня лежит в оптимальном интервале величин d₁/d=1÷3; отношение внутреннего диаметра d₁ чашки резонатора к высоте h₁ кольцевого объемного резонатора лежит в оптимальном интервале величин d₁/h₁=1÷2.

3. Сушилка по п.1, отличающаяся тем, что канал для выхода раствора представляет собой радиальный кольцевой зазор, лежащий в плоскости, перпендикулярной оси стержня распределительной головки, и образованный в ее крышке посредством пластины, жестко прикрепленной к стержню перпендикулярно его оси и связанной с крышкой, по крайней мере, тремя крепежными элементами с образованием радиального кольцевого зазора.

4. Сушилка по п.1, отличающаяся тем, что оптимальными параметрами для звуковой обработки в акустической установке среднедисперсной пыли с концентрацией ее в воздушном потоке не менее 2 г/м³ являются: уровень звукового давления в диапазоне 140…150 дБ, частота колебательного процесса в диапазоне 800…1000 Гц, время озвучивания в диапазоне 1,5…2 с.

5. Сушилка по п.1, отличающаяся тем, что на сферической поверхности полых шаров насадки прорезана винтовая канавка или насадка выполнена в виде винтовой линии, образованной на сферической поверхности и имеющей в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс».

6. Сушилка по п.1, отличающаяся тем, что на боковой поверхности цилиндрических колец насадки прорезана винтовая канавка или насадка выполнена в виде винтовой линии, образованной на цилиндрической поверхности и имеющей в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс».

7. Сушилка по п.1, отличающаяся тем, что тороидальные кольца насадки имеют профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс».

8. Сушилка по п.1, отличающаяся тем, что насадка выполнена из упругих полимерных материалов или композиционных материалов и получена способами формования или спекания.

РИСУНКИ