ИНЕРТНЫЙ НОСИТЕЛЬ ДЛЯ СУШКИ ПРОДУКТОВ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ ("БИНАРНЫЙ ИНЕРТ") Российский патент 2005 года по МПК C08L27/12 C08K3/08 F26B17/10 

Изобретение относится к сушильной технике и может быть использовано для сушки различных дисперсий (суспензий, пастообразных материалов, коллоидных и истинных кристаллообразующих растворов, полимеризующихся эмульсий и их смесей) во взвешенном (в том числе с дополнительным перемешиванием) или фонтанирующем слое инертных частиц в химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической и в других отраслях промышленности, производящих из дисперсий порошкообразные, гранулированные или формованные конечные продукты.

Известны инертные частицы - носители (инерт) в виде стеклянных шариков, крошки капрона, крупного кварцевого песка (см. Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. - Л.: Химия, 1968. - С.230-242; Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник. Т. 2. - Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2002. - С.828-831; Mujumdar A.S. (Ed.) Handbook of Industrial Drying. 1995, Vol.2. - New York: Dekker, pp.1095-1100.)

Наиболее близким к настоящему изобретению по достигаемому результату является инертный носитель, представляющий собой частицы фторопласта (см. Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. - Л.: Химия, 1968. - С.230-242).

Недостатками такого инертного носителя являются: относительно невысокая скорость сушки, сложность отслаивания с их поверхности и со стенок сушилки высушенных материалов, связанное с этим разное время пребывания частиц продукта в сушилке и ухудшение его качества, а также возникновение и накопление статического электричества, что представляет собой серьезную проблему для пожаро- и взрывоопасных производств.

Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении скорости сушки, улучшении отслаиваемости высушенного материала с поверхности инертных тел и со стенок сушилки, уменьшении при этом разброса времени пребывания частиц продукта в сушилке и соответственно повышении качества продукта, устранении накопления заряда статического электричества на инертных телах.

Указанный результат достигается тем, что инертный носитель (“бинарный инерт”) представляет собой смесь фторопластовых и алюминиевых частиц, причем выбор алюминия в качестве дополнительного к фторопласту материала в бинарном инерте вызван большой разницей в важнейших для инертных частиц теплопроводных, электропроводных, физико-механических и других свойствах при близкой плотности.

1. Теплопроводность алюминия примерно в 1000 раз выше теплопроводности фторопласта (см. таблицу). Поэтому скорость сушки на горячих алюминиевых частицах выше, чем на фторопласте, примерно на 20-30%. Это подтверждается результатами экспериментов, проведенных на конвективной сушилке. Для проверки осуществлялась сушка типичных и разнородных продуктов тонкого органического синтеза: суспензий Р-соли (2-нафтол-3,6-дисульфокислота, динатриевая соль) и Гамма-кислоты (2-амино-8-нафтол-6-сульфокислота) при условиях сушки, принятых в промышленности.

ТаблицаСвойстваМатериал инертных частиц АлюминийФторопласт-4ТеплофизическиеТеплопроводность λ, Вт/(м·К)2100,25 Теплоемкость, с, Дж/(кг·К)9051050 Плотность ρ, кг/м³27002215 Температуропроводность α, м²/с8,59·10^-51,08·10^-7Электрофизи-ческиеУдельное электрическое сопротивление ром, ρ_Ом,Ом·м2,65·10^-810¹⁷-10¹⁸Физико-механическиеТвердость по Бринеллю НВ, МПа32030-40 Модуль упругости Е, ГПа70-72,50,45 Коэффициент трения:  алюминий по алюминию0,22 фторопласт-4 по фторопласту-4 (среднее значение)0,06 фторопласт-4 по металлу (среднее значение)0,08 Коэффициент линейного температурного расширения β, 1/К25,6·10^-615·10^-5Адгезионные свойстваСмачиваемость водными дисперсиями (начало сушки)Ограниченное смачиваниеНесмачивание Угол смачивания θ, град.90-0180-90 Относительная адгезия пастообразных материалов А (конец сушки), безразмерн.3-4,51См.: Химическая энциклопедия, 1988, т.1, с.207; 1998, т.5, с.403; Физическая энциклопедия, 1988, т.1, с.65; Физические величины: Справочник. Под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мелихова. - М.: Энергоатомиздат, 1991, с.53, 62, 129, 247, 250; Чегодаев Д.Д., Наумова З.К., Дунаевская Ц.С. Фторопласты. - Л.: ГХИ, 1960, с.43-45, 33; Зимон А.Д. Адгезия пищевых масс. - М.:Агропромиздат, 1986, с.134; Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. - М.: Химия, 1976, с.13.

Суспензии Р-соли и Гамма-кислоты с концентрацией твердой фазы в дистиллированной воде 25% (по массе на сухой остаток) помещались на фторопластовой или на алюминиевой подложках (размером 35×45 мм и толщиной 2 мм), нагретых предварительно до температуры сушильного агента t=80°С и располагались в сушилке параллельно потоку воздуха, имеющему скорость 5-7 м/с.

На фиг.1-4 представлены протоколы экспериментов, из которых видно, что время сушки этих продуктов на фторопласте составляет ~300 с, а на алюминии ~240 с, т.е. в 300:240=1,25 раза или на 25% меньше.

2. Улучшение отслаивания высушенного материала с инерта происходит вследствие столкновений алюминиевых частиц с фторопластовыми частицами, обладающими сильно разнящимися твердостью, коэффициентами температурного расширения, теплофизическими свойствами, смачиваемостью и адгезией высушиваемого материала к поверхности инертных частиц (см. таблицу).

3. Коэффициент трения фторопласта по металлу в 3-4 раза меньше, чем коэффициент трения алюминия по алюминию или фторопласта по фторопласту (см. таблицу), что также способствует отслаиванию высохшего материала и одновременно уменьшает истирание инертных частиц.

4. Алюминий является одним из лучших проводников электричества, а фторопласт - хорошим изолятором. Удельное электрическое сопротивление алюминия в 10¹⁰ раз меньше, чем у фторопласта (см. таблицу). Поэтому электропроводные частицы алюминиевого инерта, сталкиваясь с фторопластовыми частицами, снимают и переносят электрический заряд с фторопластового инерта к металлическому заземленному корпусу сушилки.

5. Алюминий и фторопласт являются материалами с близкой плотностью (см. таблицу). Это необходимо для устранения расслоения (сегрегации) псевдоожиженного слоя неоднородных инертных частиц. При необходимости дополнительно устранять сегрегацию можно перемешиванием мешалкой, погруженной в псевдоожижаемый слой, например, в серии типовых сушилок конструкции НИИхиммаша с диаметром от 0,25 до 2,8 м, с производительностью от 5 до 1000 кг/час по испаренной влаге (Сушильные аппараты и установки: Каталог. 6-е изд. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1992, с.72-76).

Проведенная экспериментальная проверка бинарного инертного носителя на лабораторной сушилке взвешенного слоя полностью подтвердила технический результат изобретения. В протоколах экспериментов (см. фиг.5-10) приведены данные по кинетике совмещенного процесса сушки, скола и уноса высушиваемого продукта для 25%-ных суспензий Р-соли и Гамма-кислоты. Использовалась смесь ~50% фторопластовых и ~50% алюминиевых частиц с размерами ~3-5 мм. Из таблиц протоколов видно, что скорость сушки на бинарном инерте на 20-30% выше, чем на фторопласте (время сушки составляет 270 и 330 с соответственно для Р-соли и 210 и 270 с для Гамма-кислоты, т.е. в 330:270=1,22 и в 270:210=1,29 раза меньше).

В ходе экспериментов наблюдалась хорошая отслаиваемость и скол высохшего материала с поверхности частиц инерта и корпуса сушилки.

Предлагаемый бинарный инертный носитель для сушки продуктов в псевдоожиженном слое позволяет интенсифицировать процесс сушки за счет увеличения скорости сушки, повысить качество высушенного продукта за счет улучшения отслаиваемости высушенного материала с поверхности инертных частиц и со стенок сушилки, а также устранить накопление заряда статического электричества на инертных телах.

Изобретение относится к инертному носителю для сушки дисперсий, суспензий, пастообразных материалов, коллоидных и истинных кристаллообразующих растворов, полимеризующихся эмульсий и их смесей в псевдоожиженном слое. Инертный носитель представляет собой инертные тела, находящиеся в сушильной камере, является бинарным и состоит из смеси приблизительно 50% фторопластовых и приблизительно 50% алюминиевых инертных частиц. Частицы имеют близкие плотности и размеры, но сильно различаются по теплофизическим, адгезионным, физико-механическим и электрофизическим свойствам. Изобретение позволяет увеличить скорость сушки, улучшить отслаиваемость высушенного материала, уменьшить разброс времени пребывания частиц продукта в сушилке, что ведет к повышению качества продукта. 10 ил., 1 табл.

Инертный носитель для сушки дисперсий, суспензий, пастообразных материалов, коллоидных и истинных кристаллообразующих растворов, полимеризующихся эмульсий и их смесей в псевдоожиженном слое, представляющий инертные тела, находящиеся в сушильной камере, отличающийся тем, что он является бинарным и состоит из смеси приблизительно 50% фторопластовых и приблизительно 50% алюминиевых инертных частиц, которые имеют близкие плотности и размеры, но сильно различаются по теплофизическим, адгезионным, физико-механическим и электрофизическим свойствам.