СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУХОГО САПРОПЕЛЯ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F26B3/12 F26B21/04 

Изобретение относится к области технологии переработки природных, в частности озерных, сапропелей и может быть использовано для получения сухого сапропеля ценного органического продукта.

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве, животноводстве, птицеводстве, строительной индустрии, геолого-разведочной, нефтяной и газовой промышленности, медицине, топливно-энергетической и др. отраслях.

Сложной проблемой, препятствующей широкому использованию сапропелей (природных илов), является его высокая влажность при добыче (до 97%), что затрудняет его транспортировку потребителю.

Наиболее распространен метод атмосферной сушки, состоящий в добыче исходной суспензии сапропеля с концентрацией порядка 6% заполнение им открытых бассейнов, размещаемых по периметру озер с последующим естественным испарением до влажности 60% Далее механическим рыхлением доводят сапропель до сыпучего состояния.

Известен способ [1] сушки отстоя сточных вод путем его контакта с параллельно движущимся потоком горячего газа, при этом на выходе воздух фильтруют, а высушенные частицы отделяют.

Известна установка [2] для сушки суспензий принудительным термическим путем, содержащая горизонтальный барабан, внутри которого коаксиально расположен усеченный конус с отверстиями, через которые подается горячий воздух на внутренние стенки барабана, с внешней поверхностью которого взаимодействует глиняная масса.

Известен способ [3] сушки молока путем сгущения исходной суспензии и последующей ее распылительной сушки в горячей струе газа, отделения отработанного газа от пылевидной фракции и выброса очищенного газа в атмосферу. Данный способ принят за прототип.

Известна установка [4] для сушки водных растворов термопластичных материалов, содержащая сгустители, соединенные с сушильной камерой, снабженной распылителем и патрубком ввода суспензии и патрубками ввода и вывода дымового газа. Патрубок ввода дымового газа в сушилку соединен с теплогенератором, подключенным к источнику воздуха и топлива, а патрубок вывода отработанного дымового газа подключен к системе пылеочистки, снабженной отводами пылевидной нетоварной фракции и очищенного газа, последний из которых подключен к атмосфере через вентилятор.

Сушилка содержит клапан выгрузки смешанного готового продукта, а также вентиляторы и насосы. Данная установка принята за прототип.

Недостатками аналогов и прототипа по способу является сезонность, нестабильное протекание процесса обезвоживания из-за колебаний атмосферных условий, температурная сушка приводит к потере качества продукта (деструкции белка, неравномерной влажности), низким физико-механическим свойствам (неоднородному грансоставу, смешиваемости и т.п.).

Способы обезвоживания, связанные с выпариванием, осаждением, перемешиванием и повторным обезвоживанием из-за сложности оборудования неприемлемы для промышленных масштабов получения высококачественного сухого сапропеля.

Недостатком известных устройств сушки суспензий является необходимость в больших площадях, они энергоемки и не содержат средств утилизации выбрасываемой пылевидной фракции.

Задачей изобретения является обеспечить максимально однородный продукт по химсоставу, гранулометрическому составу, т.е. обеспечить высокое качество сухого сапропеля с одновременным сокращением потребления.

Данная задача достигается тем, что исходную суспензию механически сгущают путем седиментации, гомогенизируют и распыляют в горячей струе газа, при этом сгущение производят до концентрации 15 25% гомогенизацию проводят до размера частиц не более 500 мкм, а последующее распыление ведут до влажности 15 20% при температуре отходящих газов 80^oC.

Кроме того, в зону горения, где образуются дымовые газы, вводится пылевидная нетоварная фракция сапропеля в аэрозольном потоке в соотношении количества топлива и твердой нетоварной фракции 50:1.

В установке для реализации предложенного способа, содержащей сгустители механического типа (седиментационные), последовательно соединенные с гомогенизатором и сушильной камерой, снабженной распылителем и патрубком ввода суспензии и патрубками ввода и вывода дымового газа, первый из которых соединен с теплогенератором, подключенным к источнику воздуха и топлива, а последний из которых с системой пылеочистки с отводами пылевидной нетоварной фракции и очищенного газа, при этом гомогенизатор связан с распылителем через насос, а теплогенератор через вентиляторы дополнительно подключен к отводу пылевидной нетоварной фракции и к отводу очищенного газа системы пылеочистки. Система пылеочистки по линии вывода отработанного очищенного газа подключена через вентилятор к атмосфере, а сушильная камера снабжена клапаном выгрузки смешанного готового продукта.

На чертеже изображена установка для получения сухого сапропеля, в которой реализуется способ получения сухого сапропеля.

Установка для получения сухого сапропеля содержит седиментационные сгустители 1 (механического типа), гомогенизатор 2, насос 3, распылитель 4, сушильную камеру 5, систему 6 пылеочистки, теплогенератор 7, клапан 8 выгрузки мелкой нетоварной фракции системы 6 пылеочистки, клапан 9 выгрузки смешанного готового продукта из сушилки 5, вентиляторы 10 12, источник 13 воздуха для горения, подключенный к теплогенератору, перепускные клапаны 14 сгустителей 1, патрубок 15 ввода суспензии в распылитель 4, патрубок 16 ввода дымового газа, подключенный к теплогенератору 7 и патрубок 17 вывода отработанного в сушильной камере 5 дымового газа, подключенный к системе 6 пылеочистки, с отводами 18 и 19 пылевидной нетоварной фракции и очищенного газа.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходная смесь сапропеля с водой в виде суспензии с концентрацией 4 6% (обычно встречающаяся) засасывается из озера и подается на седиментацию.

Если сапропель добывается грейферным способом, то пастообразная смесь сапропеля репульпируется водой до концентрации, обеспечивающей транспортирование суспензии сапропеля. Сгущение суспензии производят до концентрации 15 20% Экспериментально установлено, что при значении концентрации суспензии менее 15% она расслаивается в считанные минуты, скорость осаждения при этом достаточно высокая. Скорость осаждения резко подает при концентрациях C > 15% а при C 25% суспензия характеризуется высокой стабильностью. Увеличение концентрации свыше 25% делает суспензию малоподвижной и непригодной к последующей переработке (гомогенизации). Таким образом, оптимальный диапазон концентраций суспензии сапропеля после седиментации, исходя из технологических, гидравлических и энергосберегающих требований (больше энергетики необходимо на подачу при малоподвижной суспензии), составляет 15 25%
После седиментации суспензия гомогенизируется, т.е. твердая фаза измельчается в режиме мокрого дробления, чем повышается стабильность и однородность суспензии. Исследования, проведенные авторами при различных концентрациях и дисперсности, показали, что суспензия сапропеля, прошедшая грубую фильтрацию и содержащая полидисперсные частицы размером 0,01 2,5 мм, расслаивается существенно интенсивней, чем суспензия, прошедшая гомогенизацию. Здесь в качестве примера представлены кривые для концентрации С 15% Эта закономерность справедлива и при других значениях концентраций.

Начиная с дисперсности 500 мкм, стабильность суспензии существенно повышается и становится близкой к стабильности грубодисперсной системы при С - 20% Очевидно, что чем мельче будут частицы твердой фазы суспензии, тем менее интенсивным будет расслаивание. Однако с уменьшением размера частиц повышается стоимость гомогенизации, поэтому степень измельчения определяется прежде всего сферой последующего использования готового продукта, но не должна превышать d 500 мкм.

Операция гомогенизации с упомянутыми параметрами помимо сокращения скорости расслаивания суспензии обеспечивает однородность по размеру частиц суспензии, закладывает возможность более равномерной последующей термической обработки суспензии сапропеля, кроме того, способствует надежному, без засорения перекачиванию ее насосами по трубопроводам к сушильной камере.

После гомогенизации суспензия сапропеля впрыскивается в поток дымового газа. Суспензию сушат до влажности 15 20% при условии, чтобы температура отходящих газов на выходе из сушилки не превышала 80^oC. Высокое качество продукта определяется не только подготовкой суспензии, но и температурным режимом сушки. Установлена связь между конечной температурой сушки, содержанием химических компонентов и влажности готового продукта.

Для сапропеля при использовании его в качестве удобрения и кормовой добавки особое значение имеет содержание протеина и витаминов, которые отличаются повышенной термочувствительностью. Известно, что потеря содержания протеина и витаминов при воздействии температуры адекватна изменению подвижных форм азота в пересчете на сухое вещество. Установлено, что снижение качества по указанному показателю происходит при t < 80^oC, что определяет эту температуру как максимально допустимую, обеспечивающую высокое качество продукта. Кроме указанных полезных компонентов готового продукта необходимо обеспечить требуемую влажность, которая в свою очередь, определяет такие важные свойства продукта как сыпучесть, отсутствие комкообразования, слеживаемость и т.д. и т.п.

Для порошкообразного сапропеля эти потребительские свойства обеспечиваются при влажности 15 20% Исследованиями авторов установлено, что при распылении в промышленных условиях (o_ср 0,5 мм) влажность продукта W 15% (наиболее употребляемая) достигается при температуре - 80^oC, а при тонкодисперсном распылении при температуре 60^oC. Достижение более высоких значений конечной влажности до 20% достигается при более низких температурах, что одновременно гарантирует сохранение других полезных компонент. При необходимости получения низкой конечной влажности и с условием сохранения качества продукта необходимо обеспечить тонкое измельчение взвеси на стадии гомогенизации, а затем на стадии сушки распылить суспензию до тонкодисперсного состояния. Одновременно установлена четкая взаимосвязь конечной влажности высушенного продукта с дисперсным составом твердой фазы при регламентированной температуре 80^oC. Здесь также подтверждается необходимость ограничения размера частиц в суспензии около 500 мкм, т.к. более крупные частицы, не распыляясь до мелких капель и сохраняя высокую скорость движения, не успевают высохнуть в рабочем объеме сушилки до требуемой конечной влажности W 20% при которой еще сохраняется сыпучесть порошкообразного сапропеля.

Существенно снижает энергопотребление частичный возврат отработанных газов в систему формирования горячего газового потока, что позволяет в два раза сократить выбросы в атмосферу и на 15 20% сократить энергопотребление. Кроме того, возможно использование в качестве топлива пылевидной фракции готового сапропеля.

Тонкодисперсный пылевидный порошок нетоварной фракции готового сапропеля сжигается с природным топливом в соотношении количества топлива и нетоварной фракции 50:1, снижая при этом также энергопотребление.

Установка работает следующим образом.

Исходная смесь сапропеля с водой в виде суспензии засасывается из озера и подается в седиментационные сгустители 1, из которых концентрацией 15 25% по трубопроводам с перепускными клапанами 14 поступает в гомогенизатор 2, в результате гомогенизации суспензия достигает дисперсности не более 500 мкм.

Из гомогенизатора 2 суспензии сапропеля насосом 3 подается к патрубку 15 ввода суспензии распылителя 4, впрыскивающего ее в поток дымовых газов, подаваемый из теплогенератора 7, через патрубок 16. В качестве теплоносителя может применяться теплый воздух, дымовые газы или смесь воздуха и газов из источника 13 и теплогенератора 7.

Распыленная до мельчайших частиц сапропелевая суспензия в сушильной камере 5 с газами высушивается до порошкообразного состояния, затем выгружается через клапан 9 выгрузки готового смешанного продукта.

Отработанные дымовые газы проходят систему 6 пылеочистки и выбрасываются частично в атмосферу через вентилятор 10 по отводу 19. Другая часть отработанных газов возвращается через вентилятор 12 в теплогенератор 7 для утилизации тепла отходящих газов.

Пылевидная фракция тонкодисперсный порошок (нетоварная фракция) улавливается в системе пылеочистки 6 и через клапан 8 выгрузки по отводу 18 пылевидная фракция с помощью вентилятора 11 подается в качестве топлива в теплогенератор 7. Тонкодисперсный пылевидный порошок, являющийся нетоварной фракцией с влажностью 10% в смеси с природным топливом сжигается, приводя к экономии природных топливных ресурсов. Частичная утилизация отработанных газов позволяет в 2 раза сократить выбросы в атмосферу и на 15 20% сократить энергопотребление.

Предложенное устройство может быть выполнено из стандартных, выпускаемых промышленностью насосов, вентиляторов, клапанов, теплогенераторов.

Сушильная камера может быть выполнена цилиндрической.

Распылительное устройство может быть выполнено, например, форсуночного или центробежного типа. Седиментационные сгустители могут быть выполнены в виде каскадных отстойников. Гомогенизатор может быть выполнен любым известным способом.

Предложенный способ и установка позволяет получать высококачественный готовый продукт сапропеля, исключают разложение белка и других термочувствительных ценных составляющих сапропеля за счет "мягких" температурных воздействий на суспензию и малого (единицы секунд) времени пребывания сапропеля в сушильной камере с одновременным обеспечением высоких экологических характеристик процесса и энергосбережение.

Использование: в области технологии переработки природных, в частности озерных, сапропелей для получения сухого сапропеля, необходимого в сельском хозяйстве, животноводстве, птицеводстве, строительной индустрии, геолого-разведочной, нефтяной и газовой промышленности, медицине, топливно-энергетической и др. отраслях. Сущность: способ получения сухого сапропеля заключается в механическом сгущении исходной суспензии путем седиментации, гомогенизации, последующем распылении суспензии в горячей струе дымового газа, при этом сгущение производят до концентрации 15 - 25%, гомогенизацию проводят до размера частиц не более 500 мкм, а распылительную сушку ведут до влажности 15 - 20% при температуре отходящих газов < 80^oC, кроме того, в зону образования дымовых газов вводят пылевидную нетоварную фракцию сапропеля в аэрозольном потоке в соотношении количества топлива и твердой фракции 50:1. Установка для получения сухого сапропеля содержит седиментационные сгустители, последовательно соединенные с гомогенизатором, а также теплогенератор, распылитель, установленный в сушильной камере, первый вход теплогенератора связан с выходом источника воздуха, второй вход теплогенератора с отводом нетоварной фракции системы очистки, а третий вход с отводом в системе очистки отработанного газа. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения сухого сапропеля путем сгущения исходной суспензии и распылительной сушки ее в горячей струе газа с последующим отделением отработанного газа от пылевидной нетоварной фракции, отличающийся тем, что перед сушкой производят гомогенизацию суспензии, а ее сгущение ведут механическим путем до концентрации 15 25% гомогенизацию до получения частиц размером не более 500 мкм, а распылительную сушку ведут дымовыми газами до влажности сапропеля 15 20% при температуре отходящих газов менее 80^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дымовой газ для сушки получают путем сжигания топлива, в которое вводят пылевидную нетоварную фракцию сапропеля в аэрозольном потоке в соотношении количества топлива и твердой нетоварной фракции 50 1. 3. Установка для получения сухого сапропеля, содержащая сгустители, соединенные с сушильной камерой, снабженной распылителем и патрубком ввода суспензии и патрубками ввода и вывода дымового газа, первый из которых соединен с теплогенератором, подключенным к источнику воздуха и топлива, а последний из которых с системой пылеочистки с отводами пылевидной нетоварной фракции и очищенного газа, клапаны, насос и вентиляторы, отличающаяся тем, что перед сушильной камерой установлен гомогенизатор, соединенный через насос с распылителем, сгустители выполнены механического типа, а теплогенератор через вентиляторы дополнительно подключен к отводу пылевидной нетоварной фракции и к отводу очищенного газа системы пылеочистки.