СПОСОБ СУШКИ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2006 года по МПК F26B5/02 

Изобретение относится к технологиям удаления влаги из капиллярно-пористых материалов, таких как комбинированное топливо на основе торфа и угольной пыли или послеспиртовая барда, пивная дробина и т.п., и может быть использовано в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.

Удаление влаги путем ее испарения из обрабатываемых материалов производится различными способами сушки. По способу подвода тепла они делятся: на конвективные - высушиваемый материал обтекается потоком подогретого сушильного агента - воздуха, топочных газов и др.; контактные, в которых осуществляется непосредственный контакт высушиваемого материала с нагреваемой поверхностью; высокочастотные (под действием электрического поля высокой частоты 0,3-10 кГц); радиационные (под действием инфракрасного излучения).

В промышленности широко применяются комбинированные способы сушки, в которых используются различные виды подвода тепла. Так, например, когда требуется равномерное прогревание материала по всей его толщине, наряду с другими видами подвода тепла применяется высокочастотный нагрев. Но эти способы сушки требуют повышенного расхода энергии. Радиационные способы сушки, в которых теплота передается материалу от нагретой металлической или керамической поверхности или от зеркальных ламп с рефлекторами, эффективны для сушки материалов с большим коэффициентом поглощения лучистого потока. В последнее время стали применять воздействие на материал энергией колебаний ультразвуковой частоты.

Известен способ сушки несортированного бурого угля и шламов с содержанием воды до 70% и шламов с содержанием твердых веществ 2-98%, который предполагает наличие косвенно подогреваемого псевдосжиженного слоя, из которого пар и кипящая среда, возникающие вследствие подвода тепла, выходят в виде отработанного пара. Часть отработанного пара после очистки, в частности обеспыливания, увлажняет путем рециркуляции псевдосжиженный слой. Последний соединяют с конденсатором отработанного пара, работающим при температуре, которая на 1-50° выше температуры окружающей среды. Сушка в нагретом псевдосжиженном слое осуществляется при давлении отработанного пара над псевдосжиженным слоем, которое выше давления отработанного пара в конденсаторе на величину сопротивления пара между сушилкой и конденсатором (см. патент Германии № 4134352, опубликованный 13 мая 1993 г.).

Известен также акустотермический способ сушки материалов, который осуществляют циклически, причем в каждом цикле осушаемый материал предварительно нагревают до увеличения коэффициента влагопроводности, по крайней мере, в два раза, а затем воздействуют на него акустическим полем. Между окончанием предыдущего цикла и началом следующего цикла выдерживают паузу, а частоту акустического поля выбирают не ниже 70 Гц. Изобретение должно обеспечивать увеличение скорости высушивания материалов при одновременном снижении энергозатрат на сушку (см. патент РФ № 2215953 с приоритетом от 10 августа 2001 г., опубликованный 10 мая 2003 г.).

Общим недостатком указанных способов сушки является низкая производительность и необходимость размещения высушиваемого материала сравнительно тонким слоем (5-20 см).

Известен также способ сушки мелкодисперсных материалов в вакуумном сушильном устройстве, в котором имеется микропористая всасывающая поверхность, на которой из состава, содержащего жидкость и твердые частицы, получают отжатый осадок, который перед сушкой обрабатывают акустическим полем от генератора ультразвуковых колебаний (см. патент РФ № 2221203, выданный 10 января 2004 г. на имя фирмы ОУТО-КУМПУ ОЙЙ (Финляндия) по конвенционной заявке № 981292 от 05 июня 1998 г.).

Указанное техническое решение как наиболее близкий аналог может быть принято в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются неравномерное высушивание материала, обусловленное различной удаленностью участков высушиваемого материала от источника ультразвуковых колебаний, что приводит к снижению качества конечной продукции из-за остаточной влаги внутри высушиваемого материала.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности сушки.

Согласно техническому решению, предложенному в рамках настоящей заявки на изобретение, поставленная задача решается новой последовательностью и новым режимом выполнения операций сушки материалов, а именно способ сушки капиллярно-пористых материалов включает их нагрев, воздействие энергией ультразвуковых колебаний, удаление влаги и гранулирование, при этом воздействие энергией колебаний ультразвуковой частоты осуществляют в процессе гранулирования обрабатываемого материала.

Сушку материалов осуществляют следующим образом. Исходный материал, предварительно размельченный и доведенный до требуемой кондиции, поступает сплошным потоком на ленточный транспортер, нагревается для увеличения влагопроводности и частичного удаления влаги, затем поступает в гранулятор, при этом в грануляторе создаются ультразвуковые колебания с частотой преимущественно 20-60 кГц. Под действием ультразвуковых колебаний уменьшается вязкость жидкости, что способствует ускоренному перемещению влаги по капиллярам из глубины высушиваемой массы на поверхность, кроме того, происходит выдавливание влаги из капилляров кавитационными пузырьками газа, возникающими и колеблющимися в жидкости, а также за счет механического сжатия высушиваемого материала в процессе гранулирования. В результате этого влага выжимается из всего объема высушиваемого материала. После этого гранулированный материал подвергается окончательной сушке и поступает в бункер готовой продукции.

Пример. Для проверки эффективности предлагаемого способа сушки капиллярно-пористых материалов был проведен технологический процесс сушки материала, состоящего из 70% измельченного торфа и 30% угольной пыли.

Для этого на линию оборудования, предназначенную для гранулирования сыпучих материалов, был установлен специально разработанный источник ультразвуковых колебаний с мощностью воздействия 30 кВт/м³ и частотой колебаний 25 кГц. Исходный материал для сушки имел влажность порядка 70%. Из бункера указанный материал подается на ленточный транспортер ровным слоем толщиной порядка 15 см. При движении транспортера высушиваемый материал поступает в камеру, где нагревается до 95°С для увеличения влагопроводности, при этом происходят частичное испарение влаги и ее удаление из камеры. Далее высушиваемый материал поступает в гранулятор, где подвергается давлению 6 кг/см² для образования гранул и воздействию ультразвуковых колебаний, что способствует интенсивному вытеснению влаги из глубины высушиваемой массы. Таким образом, материал сушится не только снаружи, но и изнутри. В результате того, что ультразвуковые колебания через акустический концентратор передаются точно на высушиваемый объект, т.е. на гранулы, имеющие сравнительно небольшие размеры, исключается рассеивание энергии ультразвуковых колебаний, что дает возможность обходиться меньшей мощностью генератора ультразвуковых колебаний. Кроме того, обеспечивается равномерное высушивание материала по всему объему, т.е. улучшается качество конечной продукции.

Изобретение относится к технологиям удаления влаги из капиллярно-пористых материалов, таких как комбинированное топливо на основе торфа и угольной пыли или послеспиртовая барда, пивная дробина и т.п., и может быть использовано в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Согласно изобретению способ сушки капиллярно-пористых материалов включает их нагрев, воздействие энергией ультразвуковых колебаний, удаление влаги и гранулирование, при этом воздействие энергией колебаний ультразвуковой частоты осуществляют в процессе гранулирования обрабатываемого материала. Использование изобретения должно обеспечить улучшение качества высушиваемого материала.

Способ сушки капиллярно-пористых материалов, включающий их нагрев, воздействие энергией ультразвуковых колебаний, удаление влаги и гранулирование, отличающийся тем, что воздействие энергией колебаний ультразвуковой частоты осуществляют в процессе гранулирования обрабатываемого материала.