МНОГОСЕКЦИОННЫЙ АППАРАТ КИПЯЩЕГО СЛОЯ Российский патент 2003 года по МПК B01J8/18 

Изобретение относится к устройствам для проведения процессов агломерирования, гранулирования, сушки, перемешивания, модифицирования и охлаждения сыпучих материалов. Оно может быть использовано в химической промышленности в производстве минеральных удобрений, в фармацевтической промышленности для сушки и капсулирования лекарственных препаратов, в сельском хозяйстве при сушке, обработке семян протравителями и микроэлементами, а также в других технологиях промышленного производства.

Уровень техники.

Одновременное совмещение процессов укрупнения частиц, их сушка, модифицирование, перемешивание и охлаждение может быть осуществлено в устройствах, реализующих различные технологические режимы. Выбор условий ведения совмещенных процессов зависит от направленности и контакта материальных потоков, характера движения фаз, а также от физико-химических свойств перерабатываемых продуктов. Известны устройства с горизонтальным секционированием при расположении на одном уровне камер, разделенных перегородками.

Так, известна сушилка [Chem. Eng., 63, 2, 116 (1956)], представляющая собой прямоугольный аппарат, разделенный вертикальными перегородками, не доходящими до уровня газораспределительной решетки. Температура газового теплоносителя, подаваемого на псевдоожижение частиц, убывает по ходу движения материала из камеры в камеру. Отработанная газовая смесь вместе с пылью выводится из аппарата в циклон, а готовый продукт - через порог, высота которого соответствует уровню кипящего слоя в последней камере.

Известно также устройство [а.с. СССР 921618], предназначенное для гранулирования и капсулирования сыпучих материалов. Оно состоит из прямоугольного корпуса, распылителей жидкости, верхних подвижных перегородок, газораспределительной решетки. Воздух в аппарат входит через газораспределительные конусы, выходит через верхний штуцер. Исходный сыпучий материал загружается в первую секцию через патрубок, выгрузка продукта осуществляется через течку. Верхние перегородки выполнены полыми и перфорированными и снабжены трубами для подводки газа. В первых трех секциях через форсунки диспергируется жидкость с целью увеличения размера частиц, остальные секции служат для охлаждения гранул.

Известны грануляторы кипящего слоя, в разных камерах которых гранулируют различные вещества или одно вещество, но при разных режимах.

Так, известен прямоугольный двухсекционный аппарат кипящего слоя с подачей жидкости в слой [Классен П.В., Гришаев И.Г. Основы гранулирования -М., Химия, 1982, -222с.]. В нем для получения двухслойных гранул мочевина-аммофос в первую секцию кипящего слоя шнековым дозатором подают гранулы карбамида, а через форсунку - плав мочевины. Увеличенные в размере гранулы карбамида перетекают во вторую секцию, в которой опыляются пульпой аммофоса, сушатся и выгружаются с уровня решетки через отверстие в стенке корпуса аппарата в приемный бункер.

Общими недостатками известных устройств являются:
- сложность организации идеального перемешивания частиц между камерами;
- образование застойных зон в узлах аппарата и в местах выгрузки продукта;
- сложность организации качественного перемешивания и обработки частиц сыпучего материала по зонам;
- неоднородность кипящего слоя по зонам и сложность регулирования в них его высоты.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является сушилка полунепрерывного действия в кипящем слое [Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка в кипящем слое. Изд. "Химия" - Ленинград, 1964, с.147].

Устройство состоит из цилиндроконической камеры с радиальными перегородками, разделяющими коническую часть на секции. Перегородки жестко прикреплены к валу. Внизу конической части имеется газораспределительная решетка, разделяющая аппарат на активную и газораспределительную части. Подача исходного материала и выгрузка готового продукта с уровня газораспределительной решетки осуществляется соответственно шнековым питателем и разгрузителем. Для улавливания частиц мелких фракций в цилиндрической части аппарата предусмотрены фильтрующие элементы. Аппарат работает с рециркуляцией отработанного воздуха. Устройство работает в несколько стадий следующим образом. Стадия загрузки материала. При вращении вала, на котором укреплены перегородки, в каждую секцию шнековым питателем подается материал, который, перемещаясь по решетке, истирается в зазорах между решеткой, корпусом аппарата и вращающимися перегородками. Стадия сушки или охлаждения. В зависимости от технологических требований, предъявляемых к материалу, под газораспределительную решетку подается с соответствующими параметрами воздух. Продолжительность периодических процессов сушки или охлаждения материала определяется достижением, или конечной влажности продукта, или его температуры. При такой организации тепло-массообменных процессов возникают большие трудности с регулированием технологических параметров в системах газ - твердое тело и управлением работой аппарата в целом, что приводит к ухудшению качества готовой продукции. Кроме того, установка фильтрующих элементов в цилиндрической части аппарата приводит к значительному увеличению гидравлического сопротивления аппарата, затрат энергии и времени, связанных с регенерацией или заменой фильтрующих элементов. Стадия выгрузки. Осуществляется механически перемещением каждой секции с материалом к разгрузочному отверстию в газораспределительной решетке с последующей транспортировкой материала через шнековый разгрузитель. Такая последовательность выгрузки приводит к дополнительному истиранию и ухудшению качества готового материала, необоснованным затратам электроэнергии.

Недостатками этого устройства являются:
1) периодичность работы;
2) невозможность проводить процессы с подачей жидкой фазы, например гранулирование, агломерирование, модифицирование;
3) невысокое качество продукта за счет повышенного истирания частиц продукта в зазорах между стенкой аппарата, решеткой и перегородками;
4) невозможность регулирования времени пребывания частиц материала и высоты кипящего слоя по зонам;
5) наличие движущихся конструктивных элементов внутри кипящего слоя;
6) повышенное гидравлическое сопротивление аппарата, связанное с установкой в цилиндрической его части фильтрующих элементов;
7) значительный расход энергии и времени на проведение вспомогательных операций по загрузке и выгрузке готового продукта.

Таким образом, хотя известны различные конструктивные решения для проведения процессов агломерации, гранулирования, модифицирования, сушки, перемешивания и охлаждения сыпучих материалов, все они являются недостаточно эффективными, не обеспечивают получение продукта высокого качества с заданными свойствами.

Сущность изобретения.

Изобретательская задача состояла в поиске конструктивных особенностей многосекционного цилиндроконического аппарата кипящего слоя непрерывного действия, который позволял бы с высокой эффективностью проводить процессы с трехфазными системами (газ, жидкость, твердое тело) с регулируемыми по секциям гидродинамическими режимами и характеристиками кипящего слоя для получения целевого продукта высокого качества.

Поставленная задача решена многосекционным аппаратом кипящего слоя, имеющим цилиндроконический корпус, газораспределительную решетку, разделяющую аппарат на активную и газораспределительную части, и радиальные перегородки в активной части, который дополнительно имеет две трубы, расположенные коаксиально по оси аппарата, из которых внешняя жестко прикреплена к корпусу аппарата и имеет канавки на внешней поверхности по всей высоте, а внутренняя выполнена с возможностью поворота, обе имеют щелевидное отверстие непосредственно над газораспределительной решеткой, причем отверстие на внешней трубе выполнено перед последней перегородкой, считая по ходу движения материала, радиальные перегородки активной части аппарата вставлены в канавки внешней трубы и все, кроме последней, имеют отверстие с шибером и ловушку, выполненную в виде части полого усеченного конуса, перекрывающего отверстие с шибером, газораспределительная часть аппарата дополнительно имеет перегородки, расположенные симметрично перегородкам активной части аппарата, вставленные в канавки и плотно прилегающие к газораспределительной решетке и корпусу.

Изобретение позволяет получить следующие преимущества:
1) проводить технологические процессы в непрерывном режиме;
2) аппарат является многоцелевым, т.к. обеспечивает возможность работы с жидкой фазой, газообразной и твердой, а значит в аппарате можно кроме сушки и охлаждения осуществлять гранулирование, агломерирование, модифицирование и совмещать эти процессы. Аппарат позволяет создать комбинированные устойчивые формы идеальных потоков между газовой, твердой и жидкой фазами;
3) повысить качество продукта за счет резкого уменьшения возможности его истирания;
4) регулировать высоту слоя и время пребывания материала в каждой секции за счет секционированной подачи псевдоожижающего агента;
5) исключить движущиеся механические конструкции внутри кипящего слоя, что снижает пылеунос, а также повышает качество готового продукта;
6) снизить гидравлическое сопротивление аппарата за счет исключения фильтрующих элементов в цилиндрической части аппарата;
7) снизить энергозатраты и также повысить качество целевого продукта за счет применения высокоэффективного пневматического разгрузителя.

Изобретение позволяет также:
1) полностью исключить обратный ход движения материала, перенос частиц между секциями за счет конструктивных особенностей ловушек;
2. - легко изменять количество секций в аппарате путем установки требуемого числа радиальных перегородок;
3. - проводить совмещенные процессы, например:
а) в четырехсекционном варианте аппарата:
1 секция - агломерирование;
2 и 3 - модифицирование (кондиционирование) защитными пленками;
4 - охлаждение простых и комплексных минеральных удобрений;
б) в шестисекционном варианте аппарата:
1, 2 секции - обработка частиц микроэлементами;
3, 4 - покрытие гранул защитными пленками;
5, 6 - охлаждение гранул минеральных удобрений;
в) в четырехсекционном варианте аппарата:
1, 2 секции - обработка семян зерновых культур протравителями;
3 - сушка;
4 - охлаждение;
г) в шестисекционном варианте аппарата:
1, 2 секции - обработка семян зерновых культур протравителями;
3, 4 - покрытие семян защитными пленками;
5 - сушка;
6 - охлаждение.

Кроме того, аппарат может быть использован как высокоэффективный охладитель и смеситель сыпучих материалов.

Сведения подтверждающие возможность воспроизведения изобретения.

На фиг.1 приведена схема многосекционного аппарата;
на фиг.2 приведена схема устройства радиальных перегородок;
на фиг.3 приведена схема устройства верхней части разгрузителя (в разрезе);
на фиг. 4 приведена схема устройства активной части аппарата (вид сверху).

Аппарат выполнен следующим образом.

В цилиндрическом корпусе 1 имеется газораспределительная решетка 2, разделяющая аппарат на активную 3 и газораспределительную 4 части. В обеих частях аппарата имеются радиальные перегородки 5 и 6. Аппарат имеет две трубы, расположенные коаксиально по его оси, из которых внешняя 7 жестко прикреплена к корпусу аппарата, и имеет на своей внешней поверхности канавки 8 по всей высоте, а внутренняя 9 выполнена с возможностью поворота с помощью рычага 10. Между трубами 7 и 9 существует зазор, величина которого позволяет одновременно выполнять поворот трубы 9 и не допускает попадания пыли в межтрубное пространство. Каждая труба имеет щелевидное отверстие 11 и 12, выполненные непосредственно над газораспределительной решеткой, причем отверстие на внешней трубе выполнено перед последней перегородкой, считая по ходу движения материала. Радиальные перегородки активной части аппарата вставлены в канавки внешней трубы и все, кроме одной 13, имеют отверстие 14 с шибером 15 и ловушку 16, выполненную в виде полого усеченного конуса, перекрывающего отверстие с шибером. Радиальные перегородки газораспределительной части аппарата расположены симметрично перегородкам активной части аппарата. Они тоже вставлены в канавки внешней трубы и плотно прилегают ребрами к газораспределительной решетке и корпусу аппарата. Такое расположение перегородок позволяет организовать секционированную подачу псевдоожижающего агента. Количество перегородок выбирается в зависимости от варианта использования аппарата. Для подачи псевдоожижающего агента в газораспределительной части аппарата имеются штуцеры 17. Их может быть, например, 6. При использовании аппарата в четырехсекционном варианте два штуцера наглухо перекрывают. Для подачи жидкой фазы имеются форсунки 18. Исходный материал для обработки подают через патрубок 19.

Аппарат работает следующим образом.

В газораспределительную часть 4 аппарата через штуцеры 17 в каждую секцию подают псевдоожижающий агент, например воздух, соответствующих параметров. Исходный материал подают через патрубок 19 в одну из секций. Жидкая фаза подается через форсунки 18. Материал через ловушки 16 и отверстие 14 перетекает из одной секции в другую до той секции, в которой на внешней трубе 7 имеется щелевидное отверстие 11. Поворотом рычага 10 внутренней трубы 9 совмещают отверстие 12 на внутренней трубе с отверстием 11. Поскольку последняя радиальная перегородка не имеет отверстия и ловушки, материал из активной части 3 аппарата начинает выгружаться по внутренней трубе. Высоту кипящего слоя и качество псевдоожижения в каждой секции регулируют расходом псевдоожижающего агента и поверхностью сечений отверстий 14 в радиальных перегородках 5 с помощью шиберов 15, а также степенью совмещения щелевидных отверстий 11 и 12. Изменяя эти параметры, можно регулировать производительность аппарата по твердой фазе.

Многосекционный аппарат кипящего слоя относится к устройствам для проведения процессов агломерирования, гранулирования, сушки, перемешивания, модифицирования и охлаждения сыпучих продуктов. Аппарат имеет цилиндроконический корпус, газораспределительную решетку, разделяющую аппарат на активную и газораспределительную части, и радиальные перегородки в активной части. Дополнительно аппарат имеет две трубы, расположенные коаксиально по оси аппарата. Внешняя труба жестко прикреплена к корпусу аппарата и имеет канавки на внешней поверхности по всей высоте. Внутренняя труба выполнена с возможностью поворота. Обе имеют щелевидное отверстие непосредственно над газораспределительной решеткой. Отверстие на внешней трубе выполнено перед последней перегородкой, считая по ходу движения материала. Радиальные перегородки вставлены в канавки внешней трубы и все, кроме последней, имеют отверстие с шибером и ловушку, выполненную в виде части полого усеченного конуса, перекрывающего отверстие с шибером. Газораспределительная часть аппарата дополнительно имеет перегородки, расположенные симметрично перегородкам активной части аппарата, вставленные в канавки и плотно прилегающие к газораспределительной решетке и корпусу. Данная конструкция аппарата обеспечивает проведение высокоэффективных процессов с трехфазными системами с получением целевого продукта высокого качества. 4 ил.

Многосекционный аппарат кипящего слоя, имеющий цилиндроконический корпус, газораспределительную решетку, разделяющую аппарат на активную и газораспределительную части, и радиальные перегородки в активной части, отличающийся тем, что аппарат дополнительно имеет две трубы, расположенные коаксиально по оси аппарата, из которых внешняя жестко прикреплена к корпусу аппарата и имеет канавки на внешней поверхности по всей высоте, а внутренняя выполнена с возможностью поворота, обе имеют щелевидное отверстие непосредственно над газораспределительной решеткой, причем отверстие на внешней трубе выполнено перед последней перегородкой, считая по ходу движения материала, радиальные перегородки вставлены в канавки внешней трубы и все, кроме последней, имеют отверстие с шибером и ловушку, выполненную в виде части полого усеченного конуса, перекрывающего отверстие с шибером, газораспределительная часть аппарата дополнительно имеет перегородки, расположенные симметрично перегородкам активной части аппарата, вставленные в канавки и плотно прилегающие к газораспределительной решетке и корпусу.