ВИБРАЦИОННАЯ ШАРОВАЯ МЕЛЬНИЦА Российский патент 2004 года по МПК B02C17/14 

Изобретение относится к устройствам для глубокой сушки материалов при сопутствующем измельчении и интенсивном перемешивании для аппаратурной реализации способа получения порошков из растительного сырья в непрерывном режиме при контактно-конвективном подводе сушильного агента. Вибрационная шаровая мельница может найти применение в химической, фармацевтической, сельскохозяйственной и пищевой промышленности. Она может использоваться для непрерывного помола минеральных солей, сушеных фруктов, ягод; сушки порошков; смешения порошков твердых веществ, в том числе при сопутствующем измельчении и сушке; смешении порошков твердых веществ с жидкой фазой.

Известна вибрационная сушилка-мельница для проведения вакуумной сушки при интенсивном перемешивании и сопутствующем измельчении [см. свидетельство на полезную модель №14649, МПК F 26 В 17/30, 2000 г.], имеющая горизонтальный цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузочным люками и с размещенными в нем мелющими телами, установленный на упругих опорах, с теплообменной рубашкой, двухмассным инерционным вибратором, электродвигателем и гибкой муфтой. Такая сушилка-мельница работает в периодическом режиме и имеет низкую производительность по высушиваемому порошку и широкий диапазон по дисперсности порошка.

По конструктивному исполнению наиболее близкой к изобретению является вибровращательная шаровая мельница [см. патент №2147931, МПК В 02 С 17/06, 17/14, 2000 г.], состоящая из цилиндрического, разделенного на секции барабана, который установлен в подшипниковых опорах с возможностью вращения на подвижную виброплиту, расположенную на пружинящих опорах на неподвижном основании, которая снабжена плоскостным вибратором. Для осуществления непрерывного процесса измельчения мельница выполнена с узлом загрузки, обеспечивающим оптимальное заполнение барабана мелющими телами и измельчаемым материалом. Однако такая конструкция не позволяет проводить совмещенные по времени процессы сушки и измельчения, а процесс смешения производится за счет вращения барабана от отдельного привода, что усложняет конструкцию и техническое обслуживание.

Задачей изобретения является повышение эффективности получения сухих порошков с узким диапазоном дисперсности. Задача решается тем, что в вибрационной мельнице, содержащей цилиндрический барабан, разделенный перфорированными перегородками на секции, часть последней из которых выполнена перфорированной, заполненные мелющими телами с убывающими размерами по секциям от загрузочного рукава к выходу, установленный на упругие опоры и приводимый в круговые колебания двухмассным инерционным вибратором, барабан снабжен теплообменной рубашкой, имеющей спиральную ленточную вставку, образующую винтовой канал для прохода сушильного агента в теплообменной рубашке, перфорация последней секции барабана выполнена в нижней его части на длину не более 1/2 длины секции на 1/3 периметра поверхности, при этом, загрузочный рукав выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров из гибкого материала, причем внутренний цилиндр перфорирован по всей длине, а внешний, сплошной, присоединен к штуцеру для выхода сушильного агента, а каждая секция барабана заполнена мелющими телами не менее чем на 0,5 ее объема.

Предлагаемое техническое решение в литературе не описано. Решение поставленной задачи было достигнуто за счет снабжения секционированного барабана вибрационной шаровой мельницы теплообменной рубашкой, имеющей спиральную ленточную вставку, образующую винтовой канал для прохода сушильного агента в теплообменной рубашке, перфорация последней секции барабана выполнена в нижней его части на длину не более 1/2 длины секции на 1/3 периметра его поверхности, а каждая секция барабана заполнена мелющими телами не менее чем на 0,5 ее объема, при этом, загрузочный рукав выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров из гибкого материала, причем внутренний цилиндр перфорирован по всей длине, а внешний, сплошной, присоединен к штуцеру для выхода сушильного агента. Сочетание этих приемов отсутствует в прототипе, следовательно, изобретение соответствует критерию “новизна”.

При проведении сопоставительного анализа заявляемого технического решения с аналогами установлено, что сочетание его отличительных признаков с учетом достигаемого результата также не известно, что подтверждает соответствие критерию “изобретательский уровень”.

Промышленная применимость подтверждается примерами и описанием работы устройства.

Изобретение поясняется чертежами общего вида устройства (фиг.1) и поперечного разреза последней секции барабана (фиг.2).

Вибрационная мельница состоит из корпуса, представляющего собой горизонтальный барабан 1 (фиг.1), имеющий теплообменную рубашку 2 со спиральной ленточной вставкой 12, которая образует винтовой канал для прохода сушильного агента.

Барабан по длине разделен на секции перфорированными перегородками 4, причем перегородка между I и II секциями перфорирована по всей поверхности, а перегородки последующих секций имеют перфорацию на нижней половине поверхности. Размер отверстий на перегородках уменьшается от входа к выходу в барабан, а в каждой секции - меньше размера мелющих тел. Каждая секция заполняется не менее чем на 0,5 ее объема мелющими телами 15, размер которых уменьшается от секции к секции. Торцевая стенка 10 последней секции имеет перфорацию на 1/3 радиуса от центральной оси корпуса, а размер отверстий соответствует размеру частиц товарной продукции. Кроме того, корпус последней секции в нижней части на длину не более 1/2 длины секции на 1/3 периметра поверхности корпуса последней секции имеет отверстия 9 для выхода теплоносителя из рубашки в корпус. Барабан установлен на упругих опорах 5 (фиг.2), имеющих одинаковую жесткость в вертикальном и горизонтальном направлениях для обеспечения круговых колебаний корпуса, для создания которых к корпусу прикреплен двухмассный инерционный вибратор 3.

В первой секции имеется загрузочное устройство, состоящее из расходного бункера 6, загрузочного рукава 7 и патрубка для отвода сушильного агента 8. Загрузочный рукав выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров из гибкого материала, причем внутренний цилиндр перфорирован по всей длине, а внешний, сплошной, присоединен к штуцеру 8 для выхода сушильного агента (СА). Сушильный агент подается в рубашку 2 через штуцер 14. Выгрузка готовой продукции происходит через перфорированную торцевую стенку 10 корпуса, патрубок 11 и затвор 13.

Вибрационная шаровая мельница работает следующим образом:

Вымытое и предварительно подготовленное сырье загружается в расходный бункер 6 и через загрузочный рукав 7 заполняет полностью первую секцию барабана 1. При этом в бункере и загрузочном рукаве находится исходное сырье для поддержания в первой секции коэффициента заполнения 1.

Инерционный вариатор 3 приводит корпус в колебательное движение. Параметры колебания (амплитуда А и угловая частота колебаний ω), выбранные из соотношения критерия Фруда и параметрического критерия для заданного габарита (диаметра корпуса Д), приводят загрузку в состояние интенсивного перемешивания, что способствует эффективному теплообмену между нагретой стенкой корпуса и загрузкой и удалению влаги с поверхности частиц. Сопутствующее измельчение частиц загрузки мелющими телами постоянно обновляет поверхность испарения. Измельченные частицы переходят через перфорированные перегородки в последующие секции, получая тепло, контактируя с нагретой стенкой корпуса, а также через конвективный теплообмен с сушильным агентом, проходящим через весь корпус от последней секции к первой.

Сушильный агент (горячий воздух) подается в теплообменную рубашку через штуцер 14 и, проходя по винтовому каналу, равномерно по всей поверхности нагревает корпус барабана, а, дойдя до перфорированной зоны 9 последней секции барабана, попадает внутрь последнего - в зону конвективного теплообмена. Увеличение площади сечения движения сушильного агента при переходе из рубашки в корпус значительно снижает его скорость, способствуя более полному теплообмену между ним и частицами, находящимися во взвешанном состоянии, что интенсифицирует процесс сушки. Сушильный агент, пройдя через перфорированные перегородки секций, попадает в первую секцию, полностью заполненную исходным влажным продуктом, где предварительно нагревает его и полностью очищается от уносимой мелкой фракции готового порошка, которая налипает на влажную поверхность частиц исходного продукта при прохождении через поры между частицами. Очищенный, охлажденный и насыщенный парами влаги сушильный агент удаляется через штуцер 8.

Готовый сухой порошок заполняет последнюю секцию барабана на 2/3 высоты по радиусу, что исключает износ мелющих тел, а избыток порошка удаляется через перфорированную торцевую стенку последней секции, выгрузочный люк 11 и затвор 13.

Исследование процесса сушки в вибрационной мельнице топинамбура показало увеличение фактической производительности по сравнению с периодической вибрационной сушилкой-мельницей в 1,5-1,8 раза за счет комбинированного контактно-конвективного теплообмена между сушильным агентом и загрузкой, а также сокращения вспомогательного времени на загрузку, выгрузку, чистку аппарата для каждого цикла периодической сушки.

Вибрационная шаровая мельница содержит цилиндрический барабан, разделенный перфорированными перегородками на секции, заполненные не менее чем на 0,5 ее объема мелющими телами с убывающими размерами по секциям от входа к выходу, установленный на упругие опоры, приводимый в круговые колебания двухмассным инерционным вибратором, имеет теплообменную рубашку со спиральной ленточной вставкой, образующей винтовой канал для прохождения сушильного агента, который через перфорированную в нижней части на длину не более чем на ¹/₂ длины секции на ¹/₃ периметра поверхности последней секции попадает внутрь корпуса и, проходя последовательно через перфорированные стенки секций противотоком потоку измельчаемого и высушиваемого материала, удаляет поверхностную влагу частиц и выходит из барабана через загрузочный рукав, выполненный в виде двух коаксиально расположенных цилиндров из гибкого материала, причем внутренний цилиндр перфорирован по всей длине, а внешний, сплошной, присоединен к штуцеру для выхода сушильного агента. Изобретение позволяет повысить эффективность работы мельницы. 2 ил.

Вибрационная шаровая мельница, содержащая цилиндрический барабан, разделенный перфорированными перегородками на секции, часть последней из которых выполнена перфорированной, заполненные мелющими телами с убывающими размерами по секциям от загрузочного рукава к выходу, установленный на упругие опоры и приводимый в круговые колебания двухмассным инерционным вибратором, отличающаяся тем, что барабан снабжен теплообменной рубашкой, имеющей спиральную ленточную вставку, образующую винтовой канал для прохода сушильного агента в теплообменной рубашке, перфорация последней секции барабана выполнена в нижней его части на длину не более 1/2 длины секции на 1/3 периметра его поверхности, при этом загрузочный рукав выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров из гибкого материала, причем внутренний цилиндр перфорирован по всей длине, внешний, сплошной, присоединен к штуцеру для выхода сушильного агента, а каждая секция барабана заполнена мелющими телами не менее чем на 0,5 ее объема.