АППАРАТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ Российский патент 2002 года по МПК B01J8/18 

Изобретение относится к пищевой и сельскохозяйственной отраслям промышленности, а более конкретно к обработке зерновых культур в псевдоожиженных слоях - это процессы сушки, вентиляции, обеззараживания, сепарации зерна и т.п.

Известен аппарат для создания псевдоожижненного слоя дисперсного материала путем продувания через слой материала рабочего газа (воздуха) (см. Дж. Ейтс. Основы механики псевдоожижения с приложениями. М.: Мир, 1986).

Данный аппарат состоит из вертикальной колонны, верхний конец которой открыт, а в нижней части располагается газораспределительное устройство, которое обычно представляет собой неподвижную решетку с отверстиями различной конфигурации, через которое рабочий газ (воздух) от газоподводящей магистрали подается в колонну. Работа данного аппарата заключается в следующем: порция дисперсного материала загружается в колонну, образуя слой высотой Н₀. Через газоподводящую магистраль и газораспределительное устройство в колону подается (вдувается) рабочий газ (воздух), при определенном давлении подачи которого происходит псевдоожижение слоя дисперсного материала. Объем слоя дисперсного материала при этом существенно увеличивается - высота псевдоожиженного слоя Н становится значительно больше стационарной толщины слоя Н₀ (Н>Н₀). В псевдоожиженном слое вес частиц дисперсного материала компенсируется силой гидродинамического сопротивления при обтекании частиц рабочим газом. За счет увеличения расстояния между частицами в псевдоожиженном слое резко интенсифицируются тепломассообменные процессы обработки дисперсного материала (сушка, нагрев, охлаждение, вентиляция, химические реакции и т.п. ).

Основным недостатком данного аппарата является неравномерность по поперечному сечению колонны подачи рабочего газа в слой дисперсного материала из-за наличия в этом слое тяжелых агрегатов частиц и, как следствия этого, образования в слое непродуваемых зон и неоднородность псевдоожиженого слоя дисперсного материала по объему колонны. Рабочий газ при этом движется в слое дисперсного материала по отдельным каналам, обладающим наименьшим гидравлическим сопротивлением, а основная масса частиц остается неподвижной.

Известен аппарат для псевдоожижения дисперсных материалов по авторскому свидетельству СССР 566620, 30.07.77, В 01 J 8/44, в котором однородность псевдоожиженого слоя повышена путем генерации в потоке рабочего газа пульсаций давления звукового диапазона. В данном аппарате конструкция газораспределительного устройства состоит из двух решеток, одна из которых подвижная и может совершать колебательные перемещения в своей плоскости. При этом происходит изменение площади проходных сечений отверстий, по которым газ поступает в колонну, что порождает пульсации давления в потоке рабочего газа. В данном аппарате достигается более равномерная подача рабочего газа по поперечному сечению колонны вследствие разрушения пульсационным давлением агрегатов частиц и как следствие повышается равномерность псевдоожиженного слоя по объему колонны.

Основным недостатком устройства по авторскому свидетельству СССР 566620 является наличие в конструкции аппарата движущихся частей газораспределительного устройства, что приводит к снижению надежности всего аппарата в целом.

Известен также аппарат для получения хлорсиланов в псевдоожиженном слое по авторскому свидетельству СССР 1296208, 15.03.87, В 01 J 8/18, принятый в качестве ближайшего аналога. В данном аппарате генерация пульсаций давления в рабочем газе производится газоструйным генератором звука (ГГЗ), который расположен между газораспределительным устройством и газоподводящей магистралью и представляет собой резонансную камеру прямоугольного сечения, в боковой части которой расположено плоское щелевое сопло, а оппозитно ему в резонансной камере расположен плоский клин. Рабочий газ из газоподводящей магистрали через плоское щелевое сопло поступает в виде плоской газовой струи в резонансную камеру и натекает на острую кромку оппозитно расположенного плоского клина, плоская струя газа при этом теряет устойчивость своего движения и начинает колебаться в резонансной камере, которая усиливает эти колебания. Вследствие этого в потоке рабочего газа, выходящего из ГГЗ и поступающего через газораспределительное устройство в колонну, генерируются пульсации давления звуковой частоты. В данном аппарате достигается большая надежность конструкции вследствие отсутствия движущихся частей, а также большая однородность псевдоожиженного слоя дисперсного материала.

Основным недостатком аппарата по авторскому свидетельству СССР 1296208 является недостаточная равномерность по поперечному сечению колонны интенсивностей генерируемых пульсаций давления вследствие несимметричности расположения в резонансной камере ГГЗ газовой струи и относительно небольшой площади ее поверхности (это площадь поверхности газовой струи между щелевым соплом и клином). Это существенно снижает эффективность разрушения агрегатов частиц в слое дисперсного материала, и как следствие этого повышается неоднородность псевдоожиженного слоя по объему колонны.

Перед изобретением поставлена задача обеспечения более равномерного распределения по поперечному сечению колонны интенсивностей генерируемых пульсаций давления рабочего газа и как следствие этого повышения эффективности разрушения имеющихся агрегатов частиц и повышения однородности псевдоожиженого слоя дисперсного материала по объему колонны.

Поставленная задача решается тем, что в аппарате для обработки дисперсных материалов в псевдоожиженном слое, содержащем газоподводящую магистраль и вертикальную колонну, в нижней части которой установлены газораспределительное устройство и газоструйный генератор звука (ГГЗ), выполненный в виде резонансной камеры, сопла и клина, резонансная камера ГГЗ выполнена осесимметричной в поперечном сечении, а соосно с ней расположена газоподводящая магистраль, окончание которой выполнено в виде щелевого кольцевого сопла бокового направления, а оппозитно щелевому соплу на стенке резонансной камеры установлен кольцевой клин.

Нижний конец резонансной камеры может быть закрыт поршнем, который установлен с возможностью осевого перемещения и стопорения. Резонансная камера, щелевое сопло и кольцевой клин могут быть выполнены круглыми в поперечном сечении.

Щелевое круговое сопло образовано фланцем, выполненным на торцовом срезе газоподводящей магистрали, и диском, закрепленным перпендикулярно к оси ее симметрии.

Клин может быть выполнен в виде съемного кольца и может быть снабжен набором съемных регулировочных колец для регулировки положения клина в осевом направлении резонансной камеры.

Сопряжение резонансной камеры газоструйного генератора звука с газораспределительным устройством может быть выполнено в виде переходной секции, конструктивно выполненной в виде конического или экспоненциального акустического рупора.

Заявляемое изобретение отличается от известного технического решения по авторскому свидетельству СССР 1296208 тем, что резонансная камера, щелевое сопло и клин выполнены осесимметричными и расположены соосно.

Указанное отличие заявляемого изобретения позволяет получить технический результат, а именно обеспечить более равномерно распределение по поперечному сечению вертикальной колонны интенсивностей генерируемых пульсаций давления рабочего газа и как следствие этого повысить эффективность разрушения имеющихся агрегатов частиц при осуществлении однородного псевдоожижения дисперсного материала в вертикальной колонне аппарата.

На фиг.1 приведен общий вид аппарата для обработки дисперсных материалов в псевдоожиженном слое.

На фиг.2 показан пример выполнения газоструйного генератора звука.

На фиг.3 приведен поперечный разрез А-А на фиг.2
Аппарат для обработки дисперсных материалов в псевдоожиженном слое (фиг. 1, 2 и 3) содержит вертикальную колонну 1, в верхней части которой расположено газоотводное устройство 2, а в нижней части - газораспределительное устройство 3, выполненное в виде решетки, и пристыкованный к нему через переходную секцию 4 газоструйный генератор 5 звука, состоящий из резонансной камеры 6, щелевого кольцевого сопла 7 и кольцевого клина 8, а также газоподводящую магистраль 9, которая расположена в резонансной камере 6.

Переходная секция 4 выполнена в виде конического акустического рупора.

На боковых поверхностях колонны 1 имеются загрузочное 10 и разгрузочное 11 окна, выполненные в виде люков с крышками.

Нижний конец резонансной камеры 6 закрыт подвижным поршнем 12, который состоит из верхней пластины 13 и нижней пластины 14, между которыми расположено уплотнительное кольцо 15 из упругого материала. Верхняя пластина 13 и нижняя пластина 14 поршня 12 стянуты между собой болтами 16 (фиг.2).

В верхнем конце резонансной камеры 6, на расстоянии h от поршня 12, расположен кольцевой клин 8, выполненный в виде плоского кольца и закрепленный между сменными плоскими кольцами 17 на фланце 18 переходной секции 4 и фланце 19 резонансной камеры 6 соответственно (фиг.2).

В резонансной камере 6 соосно расположено щелевое кольцевое сопло 7 бокового направления шириной d, образованное фланцем 20 на торцовом срезе газоподводящей магистрали 9 и диском 21, закрепленным перпендикулярно к оси симметрии газоподводящей магистрали 9.

Расстояние S между выходным срезом кольцевого сопла 7 и кромкой кольцевого клина 8 составляет от 5 до 50 размеров ширины d выходного сечения щелевого кольцевого сопла 7, а расстояние h между поршнем 12 и кольцевым клином 8 составляет от 0,5 до 15 расстояний S между выходным срезом сопла 7 и кромкой кольцевого клина 8.

Управление параметрами генерируемых ГГЗ пульсаций давления осуществляется путем изменения газодинамических параметров потока рабочего газа (давление и температура газа) и указанных выше геометрических параметров устройства (h, d, S).

Работа аппарата для обработки дисперсных материалов в псевдоожиженном слое заключается в следующем (фиг.1, 2 и 3).

1) Обрабатываемую порцию дисперсного материала загружают в вертикальную колонну 1 через загрузочное окно 10.

2) Устанавливают необходимую глубину резонансной камеры h путем перемещения поршня 12 в резонансной камере 6, для чего ослабляют затяжение болтов 16 поршня 12, при этом пластины 13 и 14 раздвигаются и кольцо из упругого материала 15 освобождает поршень 12 для осевого перемещения. Установив поршень 12 на необходимом расстоянии h от клина 8, болты 16 затягивают, при этом пластины 13 и 14 сдвигаются, деформируя кольцо из упругого материала 15, которое, упираясь в стенки резонансной камеры 6, обеспечивает герметичное стопорение поршня 12.

3) Устанавливают необходимое расстояние S между кромкой клина 8 и выходным сечением щелевого кольцевого сопла 7 бокового направления, образованного фланцем 20 газоподводящей магистрали 9 и укрепленным на этом фланце диском 21, для чего откручивают болты, стягивающие фланцы 18 и 19 переходной секции 4 и резонансной камеры 6 соответственно, между этими фланцами устанавливают сменный кольцевой клин 8 необходимого размера, после чего, установливая плоские сменные кольца 17 между фланцем 18, фланцем 19 и клином 8, добиваются соосности клина 8 и боковой оси щелевого кольцевого сопла 7; после этого болты фланцевого соединения затягивают.

4) Через газоподводящую магистраль 9 подают рабочий газ необходимой температуры и давления, который через щелевое кольцевое сопло 7 ГГЗ 5 поступает в резонансную камеру 6 в виде газовой струи, натекающей на клин 8. Движение данной струи является неустойчивой и она начинает колебаться в поперечном направлении с определенной частотой. Резонансная камера 6 усиливает эти колебания, и в потоке рабочего газа, выходящего из ГТЗ 5, генерируются пульсации давления. Поток рабочего газа с пульсациями давления поступает в переходную секцию 4, которая выполнена в виде акустического рупора и которая еще более усиливает пульсации давления в потоке. Из переходной секции 4 газ поступает через газораспределительное устройство 3 в нижнюю часть вертикальной колонны 1. Пульсации давления в потоке рабочего газа разрушают агрегаты частиц дисперсного материала, что способствует повышению равномерности подачи рабочего газа по поперечному сечению вертикальной колонны 1, что приводит к образованию более однородного по объему вертикальной колонны 1 псевдоожиженного слоя. Поток отработанного газа выходит из вертикальной колонны 1 через газоотводное устройство 2.

5) После обработки дисперсного материала в псевдоожиженном слое подачу рабочего газа по магистрали 9 прекращают и обработанный дисперсный материал удаляют из вертикальной колонны 1 через разгрузочное окно 11.

Благодаря тому что резонансная камера, щелевое кольцевое сопло и кольцевой клин ГГЗ выполнены осесимметричными и расположены соосно резонансной камере, достигнут технический результат, а именно обеспечивается более равномерное распределение по поперечному сечению колонны интенсивностей генерируемых пульсаций давления рабочего газа и как следствие этого повышена эффективность разрушения агрегатов частиц, что способствует повышению однородности псевдоожиженного слоя дисперсного материала по объему колонны.

Устройство относится к пищевой и сельскохозяйственной отраслям промышленности и может быть использовано при обработке зерновых культур в псевдоожиженных слоях в процессах сушки, вентиляции, обеззараживания, сеперации зерна. В аппарате для обработки дисперсных материалов в псевдоожиженном слое, содержащем газоподводящую магистраль и вертикальную колонну, в нижней части которой установлены газораспределительное устройство и газоструйный генератор звука для возбуждения пульсаций давления в потоке рабочего газа, выполненный в виде резонансной камеры, сопла и клина, резонансная камера газоструйного генератора звука выполнена осесимметричной в поперечном сечении, а соосно с ней расположена газоподводящая магистраль, окончание которой выполнено в виде щелевого кольцевого сопла бокового направления, а оппозитно щелевому соплу на стенке резонансной камеры установлен кольцевой клин. Нижний конец резонансной камеры может быть закрыт подвижным поршнем. Резонансная камера, щелевое сопло и кольцевой клин могут быть выполнены круглыми в поперечном сечении. Щелевое круговое сопло образовано фланцем, выполненным на торцевом срезе газоподводящей магистрали, и диском, закрепленным перпендикулярно оси ее симметрии. Клин может быть выполнен в виде съемного кольца и может быть снабжен набором съемных регулировочных колец для регулировки положения клина в осевом направлении резонансной камеры. Сопряжение резонансной камеры газоструйного генератора звука с газораспределительным устройством может быть выполнено в виде переходной секции, конструктивно выполненной в виде экспоненциального или конического акустического рупора. Данная конструкция устройства позволяет обеспечить более высокую однородность псевдоожиженного слоя дисперсного материала по объему колонны. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Аппарат для обработки дисперсных материалов в псевдоожиженном слое, содержащий газоподводящую магистраль и вертикальную колонну, в нижней части которой установлены газораспределительное устройство и пристыкованный к нему газоструйный генератор звука для возбуждения пульсаций давления в потоке рабочего газа, выполненный в виде резонансной камеры, сопла и клина, отличающийся тем, что резонансная камера газоструйного генератора звука для возбуждения пульсаций давления в потоке рабочего газа выполнена осесимметричной в поперечном сечении, газоподводящая магистраль расположена соосно с резонансной камерой, ее окончание выполнено в виде щелевого кольцевого сопла бокового направления, а оппозитно щелевому соплу на стенке резонансной камеры установлен кольцевой клин. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что нижний конец резонансной камеры закрыт подвижным поршнем. 3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что резонансная камера, щелевое сопло и кольцевой клин выполнены круглыми в поперечном сечении. 4. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что щелевое круговое сопло образовано фланцем на торцовом срезе газоподводящей магистрали и диском, закрепленным перпендикулярно оси ее симметрии. 5. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что клин выполнен в виде съемного кольца и снабжен набором съемных регулировочных колец. 6. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что резонансная камера газоструйного генератора звука сопряжена с вертикальной колонной через переходную секцию, выполненную в виде экспоненциального или конического акустического рупора.