УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ВЛАЖНОЙ ГРАНУЛИРОВАННОЙ САЖИ Российский патент 1996 года по МПК C09C1/56 

Изобретение относится к технике сушки сыпучих материалов, а именно к установкам для сушки гранулированной сажи, и может найти применение в производстве технического углерода.

Известно устройство для сушки влажных гранул сажи, включающее вращающийся барабан и камеру наружного обогрева для приготовления теплоносителя.

Недостатками указанного устройства являются низкая эксплуатационная надежность, недостаточный тепломассообмен, изменение физико-химических свойств высушенных гранул и относительно большой расход природного газа.

Известна установка для тепловой обработки сыпучих материалов, содержащая вращающийся барабан с пучком греющих труб, подключенных к коллектору, и поперечными перегородками.

Недостатками такой установки являются низкая эксплуатационная надежность, недостаточный тепломассообмен, изменение физико-химических свойств высушенных гранул, обусловленные нерациональным размещением нагревательных труб внутри барабана без учета кинетических кривых сушки сажи.

Известна также установка для сушки влажной гранулированной сажи, состоящая из камеры наружного обогрева и вращающегося барабана с патрубками ввода и вывода гранул сажи и с патрубками подачи теплоносителя. Данная установка при расходе газа 320 м³/ч имеет удельную объемную производительность порядка 26,0 кг/м³ при диаметре барабана 2,5 м и длине 18,8 м.

Однако, несмотря на значительные габаритные размеры, данная установка имеет невысокую удельную объемную производительность.

Цель изобретения увеличение производительности установки при сохранении расхода топлива.

На фиг. 1 изображена установка, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1.

Установка содержит камеру наружного обогрева 1, внутри которой соосно установлен вращающийся барабан 2, снабженный патрубком 3 загрузки влажных гранул сажи, патрубком 4 выгрузки высушенной сажи, патрубком 5 ввода части теплоносителя в его полость, патрубком 6 вывода отработанного теплоносителя совместно с водяными парами. Камера 1 наружного обогрева снабжена патрубком 7 вывода отработанного теплоносителя. Барабан 2 снабжен диаметрально расположенными сквозными трубами 8, каждая последующая из которых смещена относительно предыдущей по спирали на угол 15-90^о и расположена далее по оси барабана на расстоянии l 3d + iPd, где d диаметр трубы; Р параметр увеличения шага, равный 0,1-0,55, i порядковый номер предыдущей трубы. Диаметр труб d составляет (0,04-0,2)D, где D диаметр барабана.

Под полным витком спирали понимается полный виток условной двухзаходной винтовой линии, образованной обеими концами греющих труб на корпусе барабана. При угле поворота последующей трубы к предыдущей в 30^ополный виток условной двухзаходной винтовой линии будет соединять концы 12 труб, так как 360^о/30^о 12.

Тепломассообмен при сушке влажных гранул сажи в установке осуществляется конвективно-кондуктивным способом в соответствии с кинетическими кривыми сушки. Особенностью данного процесса сушки является перераспределение необходимого количества тепла, передаваемого гранулам сажи, между конвективной и кондуктивной составляющими в пользу последней. Величина конвективной составляющей должна быть минимальной из-за неравномерности сушки влажных гранул сажи разного диаметра, что приводит к пересушке части гранул и резкому ухудшению физико-механических показателей гранулята.

Увеличение кондуктивной составляющей процесса тепломассообмена обеспечивается размещением в барабане диаметрально расположенных сквозных труб, каждая последующая из которых смещена относительно предыдущей по спирали на угол α15-90^о.

При значении угла α менее 15^о, например 10^о, нарушается равномерность сушки, перемешивания и осевого перемещения гранул сажи. При этом наблюдается практически одновременно вхождение соседних нескольких труб и слой гранул сажи, которые при этом начинают испытывать тепловой удар, способствующий разрушению гранул. В данном случае влажность гранул на выходе из барабана составляет 1,0% что превышает допускаемое ГОСТ 7885-86 значение не более 0,9% Массовая прочность гранул снижается до 190 Н (удовлетворительными транспортабельными свойствами обладает сажа с прочностью гранул не менее 200 Н).

При увеличении угла α более 90^о, например 95^о, направление спирали, по которой располагаются сквозные трубы, изменяется на противоположное. Соответственно изменяется порядок вхождения труб в слой сажи: из двух соседних труб первой в слой входит последующая, а не предыдущая труба. При этом наблюдается пересушка гранул до 0,05 Массовая прочность гранул сажи снижается до 150 Н, а массовая доля пыли возрастает до 6,7 что превышает норму, допустимую ГОСТ 7885-86, согласно которой содержание пыли не должно превышать 6
Сквозные трубы расположены в барабане на расстоянии по его оси равном l 3d + iPd, где d диаметр трубы; Р параметр увеличения шага; i порядковый номер предыдущей трубы. Параметр увеличения шага Р, определяющий расстояние между соседними трубами, составляет 0,1-0,55. Данное соотношение выбрано из условий оптимального ведения процесса сушки на всем протяжении барабана. По мере продвижения сажи в барабане скорость сушки в соответствии с кинетической кривой падает, поэтому для исключения пересушки гранул и их разрушения необходимо площадь поверхности теплообмена снижать. Данное соотношение обеспечивает сбалансированность между необходимым количеством тепла и фактически передаваемым через соответствующий участок барабана. В этом случае влажность высушенной сажи составляет 0,1-0,8 и обеспечиваются показатели ее качества в пределах норм ГОСТ 7885-86.

При значении параметра увеличения шага Р менее 0,1, например 0,05, наблюдается пересушивание гранул. Влажность гранул сажи на выходе из барабана составляет 0,05 массовая прочность гранул снижается до 160 Н, а содержание пыли возрастает до 7
При значении параметра увеличения шага Р более 0,55, например 0,6, тепла, передаваемого через стенки барабана и труб, оказывается недостаточным для удаления требуемого количества влаги, что приводит к получению готового продукта с повышенной влажностью 1
Диаметр сквозных труб d составляет 0,04-0,2 диаметра барабана D и определяет площадь поверхности теплообмена при условии сбалансированности между количеством тепла, требуемым для сушки гранул сажи, и фактически передаваемым. При данном соотношении диаметров сквозных труб и барабана влажность высушенной сажи составляет 0,1-0,8 и обеспечивается получение остальных показателей качества в пределах норм ГОСТ 7885-86.

При значении диаметра сквозных труб менее 0,04 D барабана, например 0,03, возрастает количество труб и суммарная площадь поверхности теплообмена. В связи с этим происходит пересушка гранул сажи и их количество снижается. Влажность сажи на выходе из барабана составляет 0,05 Массовая прочность гранул снижается до 130 Н, а содержание пыли возрастает до 4,5
При значении диаметра сквозных труб более 0,2 диаметра барабана, например 0,21, суммарная площадь теплообмена снижается из-за уменьшения количества труб. В этом случае влажность сажи после барабана составляет 1 что превышает норму ГОСТа на сажу. Массовая прочность гранул сажи снижается до 110 Н.

П р и м е р работы установки. Установка опробована для сушки гранулированной активной сажи в технологическом потоке мощностью 4800 кг/ч влажных гранул при расходе природного газа на получение теплоносителя 320 м³/ч.

Установка имеет следующие габаритные размеры: диаметр барабана D 2200 мм; длина обогреваемой части барабана L равна 13600 мм; диаметр сквозных труб d 220 мм. Сквозные трубы в количестве 12 шт. расположены диаметрально по длине обогреваемой части барабана с параметром увеличения шага Р 0,3. Каждая последующая труба смещена относительно предыдущей по спирали на угол α= 30^о.

Теплоноситель продукты полного сгорания природного газа подают в камеру наружного обогрева 1 тангенциально поверхности барабана 2 в направлении его вращения. Теплоноситель омывает наружную поверхность барабана 2 и внутреннюю поверхность сквозных труб 8. Часть теплоносителя из камеры наружного обогрева 1 через патрубок 5 подается в полость барабана 2. Влажные гранулы сажи через патрубок 3 непрерывным равномерным потоком подаются в барабан 2 и по мере своего продвижения к разгрузочному патрубку 4 проходят тепловую обработку в результате контактного нагрева от соприкосновения с внутренней поверхностью барабана 2, наружной поверхностью труб 8, излучения от их нагретых стенок и конвективного теплообмена с теплоносителем. Высушенные гранулы сажи удаляются из барабана через патрубок 4. Отработанный теплоноситель совместно с парами воды удаляются из полости барабана 2 через патрубок 6. Отработанный теплоноситель из камеры наружного обогрева 1 удаляется через патрубок 7.

Результаты работы установки для данного и других примеров представлены в таблице.

В таблице представлены также данные, иллюстрирующие показатели прототипа и установки по авт.св. N 1429551.

Данные показывают, что при равных удельных расходах топлива 133 м³ природного газа на 1 т сухой гранулированной сажи предлагаемая установка при меньших габаритных размерах используемого барабана обладает большей удельной объемной производительностью 46,4 кг/м³против 26 кг/м³.

Сущность изобретения: установка для сушки влажной гранулированной сажи состоит из камеры наружного обогрева и вращающегося барабана, который снабжен диаметрально расположенными сквозными трубами, каждая последующая из которых смещена относительно предыдущей по спирали на угол 15 - 19 градусов и расположена далее по оси барабана на расстоянии l = 3d + i Pd, где d - диаметр трубы; P - параметр увеличения шага; равный 0,1 - 0,55; l - порядковый номер предыдущей трубы. Увеличена удельная объемная производительность, величина ее составляет 46,4 кг/м³ при расходе природного газа 320 м³/ч. 1 з. п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Установка для сушки влажной гранулированной сажи, состоящая из камеры наружного обогрева и вращающегося барабана с патрубками ввода и вывода сажи, отличающаяся тем, что, с целью увеличения удельной объемной производительности, барабан снабжен диаметрально расположенными сквозными трубами, каждая последующая из которых смещена относительно предыдущей по спирали на угол 15 90^o и расположена далее по оси барабана на расстоянии
l 3d + iPd,
где d диаметр трубы;
P параметр увеличения шага, равный 0,1 0,55;
i порядковый номер предыдущей трубы. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что диаметр трубы составляет 0,04 0,2 диаметра барабана.