Способ сушки материалов Российский патент 2004 года по МПК F26B7/00 

Настоящее изобретение относится к способу эффективной сушки материалов, отфильтрованных в вакуумном сушильном устройстве, в частности тонкоизмельченных материалов, путем воздействия на отжатый осадок из указанных материалов акустическим полем.

Из патента Финляндии № 61739 известен способ сушки и устройство для сушки полотнообразного порошкообразного, твердого или пористого материала, согласно которому материал, подвергаемый сушке, помещают на микропористую, насыщенную жидкостью всасывающую поверхность в гидравлический контакт с жидкостью, поддерживаемой под вакуумметрическим давлением относительно материала, который необходимо осушить. Устройство, используемое согласно указанному способу, содержит всасывающую жидкость микропористую поверхность, где радиусы микропор лежат по существу в пределах 0,5-2 мкм.

Всасывающая жидкость микропористая поверхность составляет фильтрующую поверхность фильтрующей среды вакуумного сушильного устройства, причем фильтрующую поверхность вводят в контакт с подвергаемым сушке материалом, таким как суспензия. При, например, плоской фильтрующей поверхности и путем создания вакуумметрического давления на стороне, противоположной фильтрующей поверхности фильтрующей среды, на фильтрующей поверхности формируется под воздействием всасывания отфильтрованный осадок из материала, подвергаемого сушке, при этом осадок затем соскребают с фильтрующей поверхности.

Ограничивающими фактороми при фильтровании мелкодисперсных материалов, таких как измельченные концентраты сульфида, титановые пигменты, каолин или кальцит, являются высокое сопротивление потоку отжатого осадка, а также их большая внутренняя поверхность, которая связывает большие количества фильтруемой жидкости. Естественно, на остаточную влажность также влияют капилляры, образованные тонкими частицами, и их силы капиллярности. Таким образом, фильтрующая способность остается низкой, и остаточная влажность в отжатом осадке остается высокой.

Остаточная влажность в отжатом осадке связывается с материалом осадка различными механизмами. Часть фильтруемой жидкости поглощается поверхностью частиц в виде тонкого слоя. Удаление этой жидкости невозможно без применения тепловой энергии. Часть жидкости связывается капиллярными сетями, формируемыми частицами. В зависимости от химического состава поверхности указанных частиц и от диаметра капилляров при заданном перепаде давления здесь остается определенное количество жидкости. При повышении перепада давления жидкость будет удаляться из все меньших и меньших пор, что уменьшает остаточную влажность. Кроме того, часть жидкости связывается в очень узких капиллярах и в точках контакта частиц, а также в закрытых порах.

В публикации WO 96/35340 описан способ сушки пищевых продуктов и других материалов, в котором применена комбинация горячего воздуха и ультразвуковых колебаний. Осушаемые продукты транспортируют через закрытую камеру таким образом, что внутри камеры продукты подвергаются воздействию горячего воздуха. В камере ультразвуковые волны проводятся к продукту при помощи генераторов плоских ультразвуковых волн, которые находятся в непосредственном контакте с осушаемыми продуктами. Способ, описанный в публикации WO 96/35340, предназначен для материалов, таких как овощи, которые высушивают целиком. В этом случае осушаемая удельная площадь очень мала в сравнении с мелкодисперсными материалами.

Целью настоящего изобретения является устранение некоторых недостатков известного уровня техники и получение нового, более эффективного способа сушки материалов, отфильтрованных в вакуумном сушильном устройстве, в частности мелкодисперсных материалов с размером частиц, который меньше 100 мкм, таким образом, что отжатый осадок, полученный из указанного материала, подвергается влиянию акустического поля для уменьшения остаточной влажности отжатого осадка.

Существенные новые признаки изобретения будут ясны из приложенной формулы изобретения.

В способе согласно изобретению сначала производят отжатый осадок из мелкодисперсных твердых частиц, присутствующих в суспензии, на микропористой всасывающей поверхности вакуумного сушильного устройства. Согласно изобретению произведенный отжатый осадок может быть дополнительно высушен при помощи колебаний, генерируемых акустическим полем, для чего отжатый осадок и генератор также располагают относительно друг друга в положении, в котором получают механический контакт между отжатым осадком и генератором, используемым для улучшения процесса сушки, или применяют структурный элемент, в котором создаются колебания при помощи указанного генератора. Механический контакт между генератором или структурным элементом, в котором создаются колебания при помощи указанного генератора, и отжатым осадком создает акустическую связь. Благодаря этой акустической связи остаточная влажность, еще сохранившаяся в отжатом осадке, может уменьшаться и, следовательно, может дополнительно улучшаться результат фильтрации, поскольку акустическое поле, образуемое акустической связью, вызывает колебания в отжатом осадке и в результате этого удаляет воду, которую другим способом удалить трудно.

В способе согласно изобретению поверхность генератора или структурного элемента, в котором создаются колебания при помощи генератора, которая механически касается отжатого осадка, устанавливают относительно отжатого осадка в положение, в котором отжатый осадок по существу всей его поверхностью, противоположной всасывающей жидкость микропористой поверхности, находится в механическом контакте с поверхностью генератора или структурного элемента, в котором создаются колебания. Наиболее преимущественно, чтобы механический контакт достигался бы таким образом, что отжатый осадок проходил бы мимо стационарно установленного генератора или структурного элемента, в котором создаются колебания при помощи генератора, и в этом случае поверхность отжатого осадка, противоположная всасывающей жидкость микропористой поверхности, по меньшей мере периодически входит в механический контакт для создания акустического поля.

Механический контакт и, следовательно, акустическое поле между генератором или структурным элементом, в котором создаются колебания, и отжатым осадком может также достигаться так, что генератор или структурный элемент, в котором создаются колебания, перемещается относительно отжатого осадка. Перемещение генератора или структурного элемента, в котором создаются колебания, относительно отжатого осадка может выполняться, например, так, что генератор или структурный элемент, в котором создаются колебания, перемещается в направлении поверхности отжатого осадка, противоположной всасывающей жидкость микропористой поверхности, и перемещение генератора или структурного элемента, в котором создаются колебания, прекращается, когда получен механический контакт. Теперь акустическое поле может по существу одновременно быть сосредоточенным по существу на всем отжатом осадке. Перемещение генератора или структурного элемента, в котором создаются колебания, относительно отжатого осадка может также выполняться таким образом, что генератор или структурный элемент, в котором создаются колебания, может перемещаться мимо установленной неподвижно поверхности отжатого осадка, противоположной всасывающей жидкость микропористой поверхности, таким образом, что достигается механический контакт между фильтрующей поверхностью и генератором или структурным элементом, в котором создаются колебания, для создания акустического поля.

При применении способа согласно изобретению в вакуумном сушильном устройстве, снабженном микропористой всасывающей поверхностью, где радиус тонких пор всасывающей поверхности лежит по существу в пределах 0,5-2 мкм, остаточная влажность извлекается из отжатого осадка благодаря колебаниям отжатого осадка, вызванным акустическим полем, и удаляется сквозь всасывающую жидкость микропористую поверхность, составляющую фильтрующую поверхность фильтрующей среды, когда перепад давления, прилагаемый в процессе фильтрации, поддерживается между фильтрующей поверхностью и поверхностью фильтрующей среды, противоположной указанной фильтрующей поверхности.

Частота колебаний, применяемая в способе согласно изобретению, преимущественно находится в пределах 20-60 кГц. Более низкие частоты также могут применяться, но эти более низкие частоты могут приводить к ущербу окружающей среде, поскольку низкой частотой производится крайне высокий уровень шума. Амплитуда колебаний обратно пропорциональна частоте колебаний, то есть с более высокой частотой применяется меньшая амплитуда.

Предпочтительно, чтобы генератор, применяемый в способе согласно изобретению, являлся бы, например, генератором ультразвука. Для создания колебаний может использоваться также пьезоэлектрический или магнитострикционный материал либо в качестве самого генератора, либо в качестве структурного элемента, соединенного с генератором.

Материалы, которые пригодны для использования в способе согласно настоящему изобретению, преимущественно имеют размер частиц, находящийся в пределах 0,5-10 мкм. Такими материалами являются, например, сульфидные концентраты меди и цинка, титановые пигменты, каолин, кальцит и органические соединения, такие как крахмал. Однако в зависимости от структуры материала пределы размеров частиц, преимущественные для применения в способе, могут быть заметно большими. В таком случае размеры частиц могут находиться в пределах 0,01-100 мкм.

Изобретение описано ниже более подробно со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает вид сбоку предпочтительного варианта осуществления изобретения,

фиг.2 - предпочтительный вариант осуществления изобретения, показанный на фиг.1, видимый по направлению А-А,

фиг.3 - вид сбоку другого предпочтительного варианта осуществления изобретения,

фиг.4 - предпочтительный вариант осуществления изобретения, показанный на фиг.3, видимый по направлению В-В,

фиг.5 - вид сбоку третьего предпочтительного варианта осуществления изобретения,

фиг.6 - предпочтительный вариант осуществления изобретения, показанный на фиг.5, видимый по направлению С-С.

Как показано на фиг.1 и 2, отжатый осадок 2, помещенный на всасывающую жидкость микропористую поверхность, составляющую фильтрующую поверхность, получен из суспензии 4, состоящей из твердых частиц и жидкостей и содержащейся в емкости 3 для суспензии. Опорная конструкция 5 фильтрующей среды 1 установлена так, что при помощи опорной конструкции 5 отжатый осадок 2, сформированный на поверхности фильтрующей среды 1, может перемещаться относительно генератора 6. С генератором 6 соединен структурный элемент 7, в котором могут создаваться колебания при помощи генератора 6, причем структурный элемент 7 помещают относительно опорной конструкции 5 фильтрующего средства таким образом, что при перемещении опорной конструкции 5 между той поверхностью 8 отжатого осадка 2, которая противоположна фильтрующей среде 1, и той поверхностью 9 структурного элемента 7, которая составляет наружную поверхность 9 относительно генератора 6, создается механический контакт, когда отжатый осадок 2 продвигается мимо структурного элемента 7. Когда отжатый осадок 2 перемещается мимо структурного элемента 7, в структурном элементе 7 создаются колебания, и между отжатым осадком 2 и структурном элементом 7 генерируется акустическое поле для уменьшения остаточной влажности в отжатом осадке 2.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.3 и 4, отжатый осадок 12, расположенный на всасывающей жидкость микропористой поверхности, составляющей фильтрующую поверхность фильтрующей среды 11, получен из суспензии 14, состоящей из твердых частиц и жидкости и содержащейся в емкости 13 для суспензии. В отжатом осадке 12 создают колебания при помощи колеблющегося элемента 16 конструкции, соединенного с генератором 15 таким образом, что структурный элемент 16 перемещается в направлении поверхности 17 отжатого осадка 12, противоположной фильтрующей среде 11, пока та поверхность 18 структурного элемента 16, которая находится против генератора 15, и поверхность 17 отжатого осадка не войдут в механический контакт друг с другом. Когда механический контакт между поверхностями 17 и 18 получен, в структурном элементе 16 создаются колебания при помощи генератора 15 таким образом, что между указанными поверхностями 17 и 18 генерируется акустическое поле, и отжатый осадок 12 также начинает колебаться. Благодаря колебаниям остаточная влажность, еще сохраняющаяся в отжатом осадке 12, может быть уменьшена.

Как показано на фиг.5 и 6, отжатый осадок 22, расположенный на всасывающей жидкость микропористой поверхности, составляющей фильтрующую поверхность фильтрующей среды 21, получен из суспензии 24, состоящей из твердых частиц и жидкости и содержащейся в емкости 23 для суспензии. В отжатом осадке 22 создают колебания при помощи колеблющегося структурного элемента 26, соединенного с генератором 25 таким образом, что структурный элемент 26 конструкции перемещается в направлении поверхности 27 отжатого осадка 22, противоположной фильтрующей среде 21, пока та поверхность 28 структурного элемента 26, которая находится против генератора 25, и поверхность 27 отжатого осадка находятся в механическом контакте друг с другом. Когда механический контакт между поверхностями 27 и 28 получен, в структурном элементе 26 создаются колебания при помощи генератора 25 таким образом, что здесь генерируется акустическое поле при перемещении элемента 26 вдоль поверхности 27. Когда структурный элемент 26 прошел вдоль всей поверхности 28 отжатого осадка, колебания структурного элемента 26 прекращаются, при этом акустическая связь между поверхностями 27 и 28 также исчезает.

Изобретение относится к способу эффективной сушки материалов, в частности мелкодисперсных материалов, в вакуумном сушильном устройстве, снабженном микропористой всасывающей поверхностью, где радиусы тонких пор всасывающей поверхности по существу находятся в пределах 0,5-2 мкм, причем согласно способу из суспензии, содержащей жидкость и твердые частицы, получают отжатый осадок на всасывающей жидкость микропористой поверхности, составляющей фильтрующую поверхность фильтрующей среды. Согласно изобретению отжатый осадок и генератор расположены друг относительно друга так, что между отжатым осадком и генератором создается акустическое поле благодаря механическому контакту между отжатым осадком и генератором или структурным элементом, соединенным с генератором. Изобретение должно обеспечить сушку отфильтрованных мелкодисперсных материалов. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ сушки материалов, например мелкодисперсных материалов, в вакуумном сушильном устройстве, снабженном микропористой всасывающей поверхностью, где радиусы тонких пор всасывающей поверхности по существу находятся в пределах 0,5-2 мкм, содержащий получение из суспензии, содержащей жидкость и твердые частицы, отжатого осадка (2, 12, 22) на всасывающей жидкость микропористой поверхности, составляющей фильтрующую поверхность фильтрующей среды (1, 11, 21), отличающийся тем, что отжатый осадок (2, 12, 22) и генератор (6, 15, 25) располагают относительно друг друга так, что между отжатым осадком (2, 12, 22) и генератором (6, 15, 25) создается акустическое поле благодаря механическому контакту между отжатым осадком (2, 12, 22) и генератором (6, 15, 25) или структурным элементом (7, 16, 26), соединенным с генератором.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжатый осадок (2, 12, 22) перемещают относительно генератора (6, 15, 25).3. Способ по п.1, отличающийся тем, что структурный элемент (7, 16, 26) генератора перемещают относительно отжатого осадка.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжатый осадок (2, 12, 22) и генератор (6, 15, 25) остаются неподвижными друг относительно друга, пока между ними существует механический контакт.5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что частота колебаний акустического поля находится в пределах 20-60 кГц.6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что используемый генератор (6, 15, 25) является генератором ультразвука.7. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что используемый генератор (6, 15, 25) является пьезоэлектрическим материалом.8. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что используемый генератор (6, 15, 25) является магнитострикционным материалом.