Данное изобретение относится к области процессов сушки, а более конкретно к способу сушки влажного вещества в виде частиц с помощью перегретого пара.
Сушка перегретым паром представляет собой развивающуюся технологию, которая предусматривает использование перегретого пара в качестве сушильного агента в непосредственном контакте с влажным продуктом, подлежащим сушке. По сравнению с сушилками с непосредственным нагревом воздухом или инертными газами, сушилки с непосредственным нагревом перегретым паром обладают рядом хорошо известных основных преимуществ, таких, как низкое потребление энергии благодаря отсутствию нагрева воздухом или инертными газами, а также тому, что избыточный пар больше подходит для рекуперации тепла, поскольку он не смешан с воздухом или инертным газом, выброс загрязненного воздуха или инертного газа является пренебрежимо малым или окисление продуктов, которые обычно окисляются воздухом, является низким.
В качестве источника энергии для процессов сушки с косвенным нагревом, которые основаны на принципе сушки, дающем потенциально такие же основные преимущества, как сушилка с непосредственным нагревом перегретым паром, часто используют насыщенный пар. Однако принцип сушки с косвенным нагревом значительно отличается от принципа сушки с непосредственным нагревом, поскольку тепло не подается за счет непосредственного контакта между влажным продуктом и сушильным агентом. Наоборот, тепло подается посредством горячей поверхности, находящейся в контакте с продуктом, подлежащим сушке. Помимо этого, сушилкам с косвенным нагревом нужны теплообменники, специально спроектированные для использования внутри сушильной камеры, которые сложны и дороги по сравнению со стандартными теплообменниками.
The Netherlands Organization for Applied Scientific Research (Организация прикладных научных исследований Нидерландов, TNO) в июне 2004 г. опубликовала отчет (R 2004/239) под названием “Industrial superheated steam drying” («Промышленная сушка перегретым паром»), в котором упоминается, что ко времени подготовки отчета обнаружены свыше сотни сушильных установок, в которых используется технология сушки перегретым паром и которые в большинстве своем являются крупногабаритными сушилками непрерывного действия для сыпучих материалов. Однако сушилки с непосредственным нагревом перегретым паром все же страдают от проблемы, заключающейся в том, что из-за их конструкции большинство затраченной энергии не удается рекуперировать. В частности, это имеет место, когда сушилка с непосредственным нагревом перегретым паром не связана с другими внешними процессами или теплоотводами, а используется в качестве автономной системы.
В документе WO 03/052336 описана сушилка-смеситель, основанная на принципе сушки с непосредственным нагревом перегретым паром с помощью циклона, т.е. парового сепаратора мелочи, расположенного в потоке пара на выходе сушильной камеры, и с помощью традиционной энергетической системы. Необходимость циклона в контуре рециркуляции обуславливает увеличенное падение давления, которое нужно компенсировать посредством повышенной разности давлений вентилятора циркуляции, и поэтому приводит к значительно увеличенному потреблению энергии вентилятором циркуляции. Помимо этого, использование традиционной энергетической системы означает, что рекуперация энергии возможна только путем связывания этой сушилки-смесителя с другими внешними процессами или теплоотводами.
В патенте США № 5291668 описан процесс сушки перегретым паром при атмосферном давлении с помощью сушилки с мгновенным парообразованием, в которой сухой продукт отделяют от пара посредством использования криволинейного жалюзийного сепаратора. Пар, отделенный от сухого продукта, восстанавливают и повторно используют в качестве источника паровой энергии посредством использования механического компрессора паров, а сушильный агент, или газ-носитель, или перегретый пар нагревают либо во внешнем теплообменнике, либо в теплообменниках, находящихся внутри сушильной камеры, либо используют комбинацию этих способов. Вместе с тем, одно базовое ограничение этого процесса заключается в том, что расход сушильного агента или газа-носителя влияет на совокупные функциональные возможности процесса сушки и поэтому делает нереальной эксплуатацию описанной сушильной системы на оптимальном уровне температуры системы, использующей тепло, либо без значительного увеличения габаритов сушилки по сравнению с обычными габаритами, либо без введения сложных поверхностей теплообменника внутри сушильной камеры. Помимо этого, в упомянутой сушилке с мгновенным парообразованием сепаратор мелочи и продукта обязателен, что ведет к дополнительному падению давления, которое надо компенсировать, затрачивая больше энергии для вентилятора циркуляции.
Документ EP 0058651 относится к сушилке с пневматической подачей корма для скота и мгновенным испарением, в которой частицы продукта одновременно транспортируются в трубопроводе и сушатся в газе-носителе, или сушильном агенте, или перегретом паре, при этом сушильный агент повторно нагревается посредством трубопровода с двойными стенками. Эта сушильная система тоже имеет ограничение, заключающееся в том, что расход сушильного агента или газа-носителя влияет на совокупные функциональные возможности процесса сушки и поэтому делает нереальной эксплуатацию описанной сушильной системы на оптимальном уровне температуры системы, использующей тепло, без значительного увеличения габаритов сушилки по сравнению с обычными габаритами. Этой системе также нужен циклон или сепаратор другого типа, что неблагоприятно в контексте потребления энергии.
В патенте США № 4242808 описан процесс сушки с непосредственным нагревом перегретым паром исключительно бумажного полотна на бумажной фабрике. За счет использования механического компрессора паров оказывается возможной, по меньшей мере, частичная рекуперация энергии. Однако эта система требует высокой температуры на входе, а также непригодна для сушки вещества в виде частиц.
Для полноты картины, Заявитель хотел бы упомянуть следующие патенты США, которые относятся к принципам сушки с косвенным нагревом и рекуперации энергии посредством механической рекомпрессии паров: №№ 4523388, 4223452, 2622342 и 4974335.
В данной области техники сохраняется потребность в более энергосберегающем способе сушки влажного вещества в виде частиц.
Соответственно, задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать способ сушки влажного вещества в виде частиц, который требует меньшего потребления энергии. Было бы также желательно разработать энергосберегающую сушильную систему, которая не зависит от связи с другими, внешними тепловыми процессами или теплоотводами. Также желательна возможность использования такой системы в условиях промышленного производства.
Задача данного изобретения также состоит в том, чтобы разработать способ сушки влажного вещества в виде частиц, который предусматривает использование менее сложного контура рециркуляции пара, принимающего определенное количество переносимого вещества в виде частиц. Было бы также желательно разработать способ сушки, который обеспечивает являющуюся его частью рециркуляцию переносимого вещества в виде частиц с низким или пренебрежимо малым потреблением энергии.
Вышеизложенные и другие задачи решаются за счет разработки способа сушки влажного вещества в виде частиц, в котором высушенное вещество в виде частиц представляет собой белый минерал, имеющий яркость Ry, по меньшей мере, 65%, измеренную в соответствии со стандартом DIN 53163, причем способ включает в себя этапы, на которых:
a) обеспечивают, по меньшей мере, один подаваемый поток (1) влажного вещества в виде частиц;
b) обеспечивают контур рециркуляции, содержащий, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40), по меньшей мере, один вентилятор (41) циркуляции и, по меньшей мере, один теплообменник (42), причем упомянутая, по меньшей мере, одна сушильная камера (40) содержит смесительную систему и смешанное вещество в виде частиц, по меньшей мере, один впуск для упомянутого, по меньшей мере, одного подаваемого потока влажного вещества в виде частиц, по меньшей мере, один впуск для перегретого пара и, по меньшей мере, один выпуск для отработавшего пара;
c) подают, либо непрерывно, либо с перерывами, упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток (1) влажного вещества в виде частиц в смешанное вещество в виде частиц в упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камере (40) через упомянутый, по меньшей мере, один впуск для подаваемого потока;
d) подают перегретый пар (6) в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40) через упомянутый, по меньшей мере, один впуск для перегретого пара,
e) вводят смешанное вещество в виде частиц в непосредственный контакт с перегретым паром внутри упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры (40), чтобы высушить смешанное вещество в виде частиц, и выпускают упомянутый пар через упомянутый, по меньшей мере, один выпуск для отработавшего пара (3), не отделяя никакое переносимое вещество в виде частиц от отработавшего пара (3);
f) подают отработавший пар (3, 4, 5) в упомянутый, по меньшей мере, один теплообменник (42), в котором отработавший пар повторно нагревают для обеспечения перегретого пара (6), причем отработавший пар пропускают через упомянутый, по меньшей мере, один вентилятор (41) циркуляции перед упомянутым, по меньшей мере, одним теплообменником (42) или после него и подают упомянутый перегретый пар обратно в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40) через упомянутый, по меньшей мере, один впуск для перегретого пара;
g) отводят избыточный пар (7), по меньшей мере, из одного положения в пределах контура рециркуляции;
h) подают избыточный пар (7), по меньшей мере, в один механический компрессор (43), в котором избыточный пар сжимают, чтобы поднять температуру избыточного пара до температуры насыщения, используют упомянутый сжатый избыточный пар (8) в качестве источника тепла в упомянутом, по меньшей мере, одном теплообменнике (42) и выпускают избыточный пар в виде жидкого конденсата (9); и
i) выпускают либо непрерывно, либо с перерывами, высушенное вещество в виде частиц в качестве, по меньшей мере, одного потока продукта через, по меньшей мере, один выпуск для получения высушенного вещества в виде частиц.
В соответствии с другим аспектом данного изобретения, способ сушки, соответствующий данному изобретению, применяют для производства карбоната кальция, имеющего содержание сухого вещества более 95 масс.%, причем производство карбоната кальция предпочтительно осуществляют без классификатора.
В соответствии с другим аспектом данного изобретения, предложен белый минерал, получаемый способом, соответствующим данному изобретению, причем этот белый минерал имеет яркость Ry, по меньшей мере, 65%, измеренную в соответствии со стандартом DIN 53163.
Преимущественные варианты осуществления данного изобретения охарактеризованы в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с одним вариантом осуществления, упомянутая, по меньшей мере, одна сушильная камера (40) содержит, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц, а упомянутый, по меньшей мере, один поток продукта выпускают через упомянутый, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц из упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры, и/или остальной контур рециркуляции, за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры, содержит, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц, а упомянутый, по меньшей мере, один поток продукта выпускают через упомянутый, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц из контура рециркуляции, за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры.
В соответствии с одним вариантом осуществления, смесительная система внутри сушильной камеры выбрана из смесителя с одним, двумя или большим количеством валов или комбинации смесителя с одним, двумя или большим количеством валов и механического устройства для создания псевдоожиженного слоя.
В соответствии с одним вариантом осуществления, давление в упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камере составляет от 0 до 500 кПа (5 бар), предпочтительно от 10 до 150 кПа (от 0,1 до 1,5 бар), а предпочтительнее от 10 до 95 кПа (от 0,1 до 0,95 бар) или от 105 до 120 кПа (от 1,05 до 1,2 бар). В соответствии с другим вариантом осуществления, перегретый пар представляет собой перегретый водяной пар, а падение давления по контуру рециркуляции составляет от 500 до 3000 Па, предпочтительно от 1000 до 2000 Па, при давлении в упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камере, составляющем от 80 до 120 кПа (от 0,8 до 1,2 бар).
В соответствии с одним вариантом осуществления, избыточный пар (7) отводят, по меньшей мере, из одного положения в пределах контура рециркуляции, в котором обнаружено наименьшее количество вещества в виде частиц, а предпочтительно избыточный пар (7) отделяют от отработавшего пара (3) после того, как он покинет упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40), и перед тем, как он покинет упомянутый, по меньшей мере, один вентилятор (41) циркуляции.
В соответствии с одним вариантом осуществления, упомянутый, по меньшей мере, один теплообменник (42) является кожухотрубным теплообменником. В соответствии с другим вариантом осуществления упомянутый, по меньшей мере, один механический компрессор является центробежным компрессором, центробежным вентилятором высокого давления или нагнетательной воздуходувкой Рутса, предпочтительно центробежным вентилятором высокого давления.
В соответствии с одним вариантом осуществления, температура перегретого пара (6) и температура отработавшего пара (3), покидающего упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру, отличаются на разность ΔTR температур, причем ΔTR составляет от 5 до 100°C, предпочтительно от 10 до 50°C, предпочтительнее от 15 до 30°C, еще предпочтительнее от 15 до 25°C, а наиболее предпочтительно примерно 22°C. В соответствии с другим вариантом осуществления, температура насыщения избыточного пара (7) и температура насыщения сжатого избыточного пара (8) отличаются на разность ΔTE температур, причем ΔTE составляет от 6 до 130°C, предпочтительно от 11 до 80°C, предпочтительнее от 15 до 60°C, наиболее предпочтительно от 20 до 45°C. В соответствии с еще одним вариантом осуществления, разность между ΔTE и ΔTR составляет от 1 до 30°C, предпочтительно от 4 до 20°C, предпочтительнее от 6 до 15°C, а наиболее предпочтительно от 6 до 10°C.
В соответствии с одним вариантом осуществления, избыточный пар (7) пропускают, по меньшей мере, через один сепаратор (44), чтобы удалить любое переносимое вещество в виде частиц из избыточного пара перед подачей его в качестве очищенного избыточного пара (17), называемого также избыточным паром повторного кипения, по меньшей мере, в один механический компрессор (43). В соответствии с другим вариантом осуществления, удаленное переносимое вещество в виде частиц подают в качестве потока (13) рецикла в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40) или в упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток (1, 2). В соответствии с еще одним вариантом осуществления упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток (1) предварительно нагревают перед подачей его в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40); предпочтительно подаваемый поток (1) предварительно нагревают посредством, по меньшей мере, одного теплообменника (46), при этом жидкий конденсат (9, 19) и/или выпускаемый поток из упомянутого, по меньшей мере, одного сепаратора (44) используют в качестве источника тепла.
В соответствии с одним вариантом осуществления, полученное высушенное вещество в виде частиц содержит в общей сложности менее 15 масс.% влаги, предпочтительно менее 5 масс.%, предпочтительнее менее 2 масс.%, а наиболее предпочтительно менее 1 масс.%, что определяют на основе суммарной массы высушенного вещества в виде частиц. В соответствии с другим вариантом осуществления, среднее время пребывания высушенного вещества в виде частиц внутри контура рециркуляции составляет, по меньшей мере, 10 минут, по меньшей мере, 30 минут или, по меньшей мере, 60 минут.
В соответствии с одним вариантом осуществления, белый минерал выбирают из минерала на основе карбоната кальция, или гидроксида кальция, или сульфата кальция, предпочтительно карбоната кальция, предпочтительнее тонкодисперсного карбоната кальция, модифицированного карбоната кальция или осажденного карбоната кальция, или выбирают из минералов, содержащих карбонат кальция, причем минералы, содержащие карбонат кальция, предпочтительно содержат доломит, или хвосты флотации карбоната кальция, или их смеси. В соответствии с другим вариантом осуществления, белый минерал представляет собой минерал на основе карбоната кальция, смешанный с глиной, или тальком, или с гидроксидом кальция, или сульфатом кальция, или представляет собой смеси карбоната кальция и каолина, или смеси карбоната кальция и бентонита, или смеси природного карбоната кальция с гидроксидом алюминия, гидроксидом магния, слюдой, или с синтетическими или природными волокнами, или представляет собой соструктуры минералов, предпочтительно соструктуры талька и карбоната кальция, или талька и диоксида титана, или карбоната кальция и диоксида титана.
В соответствии с одним вариантом осуществления, полученное высушенное вещество в виде частиц представляет собой карбонат кальция, имеющий содержание сухого вещества более 95 масс.%, что определяют на основе суммарной массы карбоната кальция. В соответствии с другим вариантом осуществления белый минерал, получаемый способом, соответствующим данному изобретению, представляет собой карбонат кальция, имеющий в общей сложности менее 5 масс.% влаги, что определяют на основании суммарной массы карбоната кальция.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления, белый минерал, получаемый способом, соответствующим данному изобретению, применяется в применениях, связанных с бумагой, в красках, уплотнителях, адгезивах, бетоне, сельском хозяйстве, косметике, пище, кормах, фармацевтических препаратах, в обработке воды и/или в пластмассе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 представлена условная блок-схема, иллюстрирующая возможный вариант осуществления данного изобретения.
На фиг.2 представлена условная блок-схема, иллюстрирующая еще один возможный вариант осуществления данного изобретения.
На фиг.3 представлена условная блок-схема, иллюстрирующая еще один возможный вариант осуществления данного изобретения.
На фиг.4 представлен график, демонстрирующий зависимость суммарного удельного потребления энергии от разности температур между температурой перегретого пара, подаваемого в сушильную камеру, и температурой отработавшего пара, покидающего сушильную камеру, для возможного варианта осуществления данного изобретения.
На фиг.5 представлен график, демонстрирующий зависимость суммарного удельного потребления энергии от разности температур между температурой перегретого пара, подаваемого в сушильную камеру, и температурой отработавшего пара, покидающего сушильную камеру, для еще одного возможного варианта осуществления данного изобретения.
Применительно к цели данного изобретения, термин «влажное вещество в виде частиц», «питающее вещество» или «подаваемый поток» относится к свежему питающему веществу или потоку, подаваемому в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру, применяемую в способе, соответствующем данному изобретению, и обозначает гомогенную или гетерогенную смесь, по меньшей мере, одного твердого вещества с жидкостью, например, в форме раствора, суспензии или дисперсии, которая образует продукт в виде частиц посредством сушки. Влажное вещество в виде частиц может присутствовать, например, в виде жидкости, пульпы, пасты, агломератов, гранул, кристаллов, таблеток, частиц влаги, капель влаги или осадка влаги. Жидкость может содержать воду, органические растворители, или любое другое жидкое вещество, или их смеси. Содержание твердых частиц во влажном веществе в виде частиц может составлять, по меньшей мере, 5 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере, 25 масс.%, что определяют на основании суммарной массы влажного вещества в виде частиц.
Применительно к цели данного изобретения, термин «высушенное вещество в виде частиц» или «продукт" понимается как относящийся к веществу в виде частиц, имеющему суммарное влагосодержание менее 15 масс.%, менее 5 масс.%, менее 2 масс.%, предпочтительно менее 1 масс.%, что определяют на основании суммарной массы высушенного вещества в виде частиц.
В том смысле, в каком он употребляется в контексте данного изобретения, термин «смешанное вещество в виде частиц» относится к веществу в виде частиц, которое находится внутри сушильной камеры, которое одновременно высушивается сушильным агентом и смешивается с влажным веществом в виде частиц или увлажняется им. Суммарное влагосодержание смешанного вещества в виде частиц находится между величинами влагосодержания влажного вещества в виде частиц и высушенного вещества в виде частиц.
В том смысле, в каком он употребляется в контексте данного изобретения, термин «переносимое вещество в виде частиц» или «мелочь» относится к веществу в виде частиц, либо частично высушенному, либо полностью высушенному веществу в виде частиц, которое переносится вместе с отработавшим водяным паром из сушильной камеры. Суммарное влагосодержание переносимого вещества в виде частиц может изменяться, когда оно движется по контуру рециркуляции или когда оно переносится вместе с избыточным паром.
В том смысле, в каком он употребляется в контексте данного изобретения, термин «время пребывания» относится к среднему времени пребывания высушенного вещества в виде частиц внутри сушильной системы и вычисляется путем деления количества высушенного вещества в виде частиц внутри сушильной системы в условиях установившегося состояния на расход высушенного вещества в виде частиц в упомянутом, по меньшей мере, одном потоке продукта.
В смысловом значении согласно данному изобретению, термин «минерал» охватывает твердое неорганическое вещество, имеющее характеристический химический состав. В смысловом значении согласно данному изобретению, «белый» минерал - это белый минерал, имеющий яркость Ry, по меньшей мере, 65 %, измеренную в соответствии со стандартом DIN 53163 (дата опубликования: июль 1988 г.).
В смысловом значении согласно данному изобретению, «тонкодисперсный карбонат кальция» (ТКК) - это карбонат кальция, полученный из естественных источников, таких как известняк, кальцит, мрамор, или мел, или доломит, и подвергнутый такой обработке, как растирание, просеивание и/или фракционирование во влажном и/или сухом виде, например, посредством циклона или классификатора.
В смысловом значении согласно данному изобретению, «осажденный карбонат кальция" (ОКК) - это синтезированный минерал, обычно получаемый путем осаждения после реакции диоксида углерода и извести в водной среде, или путем осаждения источника кальция и карбоната в воде, или осаждения ионов кальция и карбоната, например, CaCl2 и Na2CO3, из раствора.
В смысловом значении согласно данному изобретению, «сушильный агент» - это растворитель, который используется для сушки и удаления жидкого компонента из смешанного вещества в виде частиц. Состав сушильного агента может быть аналогичным или довольно близким к жидкому компоненту влажного вещества в виде частиц.
В том смысле, в каком он употребляется в контексте данного изобретения, термин «отработавший пар» относится к перегретому пару, обогащенному влагой и/или летучими компонентами, испаренными из смешанного вещества в виде частиц во время процесса сушки с непосредственным нагревом внутри упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры. Кроме того, отработавший пар может содержать вещество в виде частиц, которое переносится вместе с отработавшим паром.
Применительно к цели данного изобретения, выражение «не отделяя никакое переносимое вещество в виде частиц от отработавшего пара» означает, что для отделения переносимого вещества в виде частиц от пара, движущегося по контуру рециркуляции, не используется устройство сепарации мелочи и пара, создающее значительное дополнительное падение давления в контуре рециркуляции, такое как циклон, или фильтр, или аналогичное средство.
Применительно к цели данного изобретения, термин «температура насыщения» относится к температуре, при котором физическое состояние сушильного агента изменяется от жидкого до парообразного, при этом температура насыщения сушильного агента зависит от его давления.
Применительно к цели данного изобретения, термин «повышение температуры кипения» относится к разности между температурой кипения определенного количества твердого вещества, смешанного с растворителем и/или растворенного в нем, при определенном давлении, и температурой насыщения неразбавленного растворителя при таком же давлении.
В том смысле, в каком он употребляется в контексте данного изобретения, термин «растворитель» относится и к растворителям, которые растворяют твердые вещества, и к жидкостям иного типа, не растворяющим, а переносящим твердые частицы, например, в форме дисперсии или суспензии.
В смысловом значении согласно данному изобретению, «пульпа» содержит нерастворимые твердые частицы и жидкость и по выбору также добавки и растворенные твердые частицы, а обычно содержит большие количества нерастворимых твердых частиц и поэтому оказывается более вязкой и, как правило, имеющей плотность, которая больше, чем у жидкости, из которой пульпа сформирована.
В том смысле, в каком он употребляется в контексте данного изобретения, термин «перегретый пар» или «пар» относится к пару или парам сушильного агента. Первое слово «перегретый» в этом термине относится к температуре, которая выше, чем температура насыщения соответствующего сушильного агента. В том смысле, в каком он употребляется в контексте данного изобретения, термин «пар» или «пары» без приставляемого спереди слова «перегретый» («перегретые») относится к пару либо при температуре насыщения, либо при температуре, несколько большей, чем температура насыщения соответствующего растворителя. В способе согласно данному изобретению можно использовать любую разновидность перегретого пара растворителя или смеси перегретых паров растворителя, например, но не в ограничительном смысле воды, метанола, этанола, изопропанола, бутанола, других спиртов, пропиленгликоля, моноэтиленгликоля, этиленгликоля, других гликолей, углеводородов или смеси, по меньшей мере, двух из этих растворителей.
В том смысле, в каком он употребляется в контексте данного изобретения, термин «суммарное влагосодержание» относится к тому количеству растворителя, поглощенного на поверхности вещества в виде частиц и внутри вещества в виде частиц, которое может быть испарено из этого вещества в виде частиц. В случае если растворителем является вода, масс.% воды для вещества в виде частиц определяют в соответствии со способами измерения, подходящими для конкретного твердого вещества, например, кулонометрическим способом измерения Карла Фишера, при осуществлении которого порошок минерала и/или сложные частицы или вещество в виде частиц нагревают до 220°C или другой температуры, подходящей для конкретного твердого вещества, и определят содержание воды, присутствующей в нем в виде паров или пара, изолируя ее с помощью потока газообразного азота (при расходе 100 мл/мин) в кулонометрическом устройстве Карла Фишера.
В том смысле, в каком он употребляется в контексте данного изобретения, термин «суммарное потребление энергии» относится к совокупности суммарного потребления электрической энергии и суммарного потребления термической энергии и выражается в киловаттах (кВт).
В том смысле, в каком он употребляется в контексте данного изобретения, термин «суммарное потребление электрической энергии» относится к потреблению электрической энергии всем оборудованием в рамках реального процесса, предусматривающего потребление электрической энергии, и выражается в кВт.
В том смысле, в каком он употребляется в контексте данного изобретения, термин «суммарное потребление термической энергии» относится к потреблению термической или тепловой энергии, необходимой для проведения реального процесса должным образом и выражается в кВт.
В том смысле, в каком он употребляется в контексте данного изобретения, термин «механическое устройство для создания псевдоожиженного слоя» относится к псевдоожиженному слою частиц, но созданному не посредством текучей среды, пропускаемой через слой частиц, а вместо этого посредством механических сил, прикладываемых механическим устройством и дающих результат, аналогичный ожижению посредством текучей среды (жидкости, или пара, или газа), которую пропускают через вещество в виде частиц, вследствие чего вещество в виде частиц переходит из статического состояния, в котором является подобным твердому веществу, в динамическое состояние, в котором является подобным жидкости. После псевдоожижения слой твердых частиц будет вести себя как текучая среда подобно жидкости, или пару, или газу.
Применительно к цели данного изобретения, термин «бар» относится к абсолютному давлению, т.е. величина 1,01325 бар (101,325 кПа) равна атмосферному давлению, т.е. одной стандартной атмосфере (1 ат).
Признаки предлагаемого процесса будут описаны ниже с помощью фиг.1, где изображен один вариант осуществления способа сушки согласно данному изобретению.
Предлагаемый процесс сушки влажного вещества в виде частиц включает в себя этап, на котором обеспечивают, по меньшей мере, один подаваемый поток (1) влажного вещества в виде частиц.
Влажное вещество в виде частиц, подлежащее сушке в предлагаемом процессе, может быть получено из различных источников и представляет собой белый минерал, имеющий яркость Ry, по меньшей мере, 65%, измеренную в соответствии со стандартом DIN 53163 (дата опубликования: июль 1988 г.), после сушки предлагаемым способом.
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, белый минерал выбирают из минерала на основе карбоната кальция, или гидроксида кальция, или сульфата кальция, предпочтительно карбоната кальция, предпочтительнее тонкодисперсного карбоната кальция (ТКК), модифицированного карбоната кальция или осажденного карбоната кальция (ОКК), или выбирают из минералов, содержащих карбонат кальция, причем минералы, содержащие карбонат кальция, предпочтительно содержат доломит, или хвосты флотации карбоната кальция, или их смеси.
Природный тонкодисперсный карбонат кальция (GCC) может быть получен, например, из одного или нескольких таких материалов, как мрамор, известняк, мел, кальцит и/или доломит. Осажденный карбонат кальция (ОКК) может быть получен, например, в виде одной или нескольких из арагонитной, ватерлитной и/или кальцитной минералогических форм. Арагонит обычно присутствует в игольчатой форме, тогда как ватерлит принадлежит гексагональной кристаллографической системе. Кальцит может образовывать скаленоэдрическую, призматическую, сферическую и ромбоэдрическую формы. Модифицированный карбонат кальция может представлять собой природный тонкодисперсный или осажденный карбонат кальция с поверхностной и/или внутренней структурной модификацией; например, карбонат кальция может быть обработан или покрыт обрабатывающим агентом, гидрофобизирующим поверхность, например, таким, как алифатическая карбоновая кислота, или может быть введен в реакцию с кислотой и диоксидом углерода. Карбонат кальция может быть обработан или покрыт так, что станет катионным или анионным, например, поликарилатом или полидиаллилдиметиламмонийхлоридом (фирменное название ПОЛИДАДМАК).
В предпочтительном варианте, минеральный пигмент представляет собой тонкодисперсный карбонат кальция, модифицированный карбонат кальция, или осажденный карбонат кальция, или их смесь.
В соответствии с другим вариантом осуществления данного изобретения, белый минерал представляет собой минерал на основе карбоната кальция, смешанный с глиной, или тальком, или с гидроксидом кальция, или сульфатом кальция, или представляет собой смеси карбоната кальция и каолина или смеси карбоната кальция и бентонита или смеси природного карбоната кальция с гидроксидом алюминия, гидроксидом магния, слюдой, или с синтетическими, или природными волокнами, или представляет собой соструктуры минералов, предпочтительно соструктуры талька и карбоната кальция, или талька и диоксида титана, или карбоната кальция и диоксида титана.
В соответствии с одним вариантом осуществления, данного изобретения, влажное вещество в виде частиц присутствует в виде жидкости, пульпы, пасты, агломератов, гранул, кристаллов, таблеток, частиц влаги, капель влаги или осадка влаги. Жидкость может содержать воду, органические растворители или любое другое жидкое вещество, или их смеси. Влажное вещество в виде частиц предпочтительно присутствует в форме пульпы.
Жидкий компонент влажного вещества в виде частиц может быть водой, органическим растворителем или любой другой жидкостью, или их смесями. Примерами подходящих органических растворителей являются метанол, этанол, изопропанол, бутанол, другие спирты, пропиленгликоль, моноэтиленгликоль, этиленгликоль, другие гликоли, углеводороды или смесь, по меньшей мере, двух из этих растворителей. Жидкий компонент влажного вещества в виде частиц предпочтительно представляет собой в основном воду, предпочтительнее воду.
Содержание твердых частиц во влажном веществе в виде частиц может находиться в диапазоне от 5 до 95 масс.%, что определяют на основании суммарной массы влажного вещества в виде частиц. В соответствии с одним вариантов осуществления данного изобретения, содержание твердых частиц во влажном веществе в виде частиц составляет, по меньшей мере, 5 масс.%, по меньшей мере, 15 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере, 25 масс.%, предпочтительнее, по меньшей мере, 35 масс.%, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 50 масс.%, что определяют на основании суммарной массы влажного вещества в виде частиц. Например, содержащие твердых частиц во влажном веществе в виде частиц составляет от 5 до 95 масс.%, от 15 до 95 масс.%, от 25 до 95 масс.%, от 35 до 95 масс.% или от 50 до 95 масс.%, что определяют на основании суммарной массы влажного вещества в виде частиц.
Предлагаемый способ сушки влажного вещества в виде частиц дополнительно содержит этап, на котором обеспечивают контур рециркуляции, содержащий, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40), по меньшей мере, один вентилятор (41) циркуляции и, по меньшей мере, один теплообменник (42). Упомянутая, по меньшей мере, одна сушильная камера содержит смесительную систему и смешанное вещество в виде частиц, по меньшей мере, один впуск для подаваемого потока влажного вещества в виде частиц, по меньшей мере, один впуск для перегретого пара и, по меньшей мере, один выпуск для отработавшего пара.
Количество и положение, в котором присутствует упомянутый, по меньшей мере, один впуск для упомянутого, по меньшей мере, одного подаваемого потока (1, 2), и/или количество и положение, в котором внутрь сушильной камеры попадает упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток и распределяется на смешанное вещество в виде частиц, могут зависеть от характеристик влажного вещества в виде частиц, характеристик смешанного вещества в виде частиц, конструкции упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры и склонности смешанного вещества в виде частиц образовывать мелочь внутри сушильной камеры. В зависимости от характеристик влажного вещества в виде частиц и смешанного вещества в виде частиц, конструкции упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры и склонности смешанного вещества в виде частиц образовывать мелочь внутри упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры, упомянутая, по меньшей мере, одна сушильная камера также может содержать более одного впуска для подаваемого потока, например, два, три, четыре или пять впусков для упомянутого, по меньшей мере, одного подаваемого потока.
Количество и положение, в котором присутствует упомянутый, по меньшей мере, один впуск для перегретого пара (6) и/или упомянутый, по меньшей мере, один выпуск для отработавшего пара (3), могут зависеть от характеристик смешанного вещества в виде частиц, конструкции упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры и склонности смешанного вещества в виде частиц образовывать мелочь внутри упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры.
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, упомянутая, по меньшей мере, одна сушильная камера содержит, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц. По меньшей мере, для непрерывной работы в вакууме, может присутствовать клапанное устройство для упомянутого, по меньшей мере, одного потока (10) продукта.
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, упомянутая, по меньшей мере, одна сушильная камера содержит, по меньшей мере, один дополнительный впуск для потока рецикла, например, такое, как показанное на фиг.3 (см. позицию 13 на фиг.3).
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, смесительная система внутри сушильной камеры выбрана из смесителя с одним, двумя или большим количеством валов или комбинации смесителя с одним, двумя или большим количеством валов и механического устройства для создания псевдоожиженного слоя. Смесительная конструкция имеет целью достижение гомогенного смешанного вещества в виде частиц, а также управление равномерным распределением размеров частиц, агломератов или гранул. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, смесительная система представляет собой комбинацию смесителя с двумя валами и механического устройства для создания псевдоожиженного слоя.
Упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток (1) влажного вещества в виде частиц подают либо непрерывно, либо с перерывами, в смешанное вещество в виде частиц в упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камере (40) через упомянутый, по меньшей мере, один впуск для подаваемого потока, а перегретый пар (6) подают в сушильную камеру (40) через упомянутый, по меньшей мере, один впуск для перегретого пара.
Специалист в данной области техники будет осведомлен о том, что давление упомянутого, по меньшей мере, одного подаваемого потока должно быть значительно выше, чем давление внутри сушильной камеры. Давление упомянутого, по меньшей мере, одного подаваемого потока также может зависеть от распределительных средств внутри упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры, предназначенных для упомянутого, по меньшей мере, одного подаваемого потока.
В соответствии с возможным вариантом осуществления данного изобретения, упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток содержит один подаваемый поток, содержащий влажное вещество в виде частиц, представленный в форме пульпы, и один подаваемый поток, содержащий влажное вещество в виде частиц, и представленный в форме осадка влаги.
Смешанное вещество в виде частиц находится в непосредственном контакте с перегретым паром внутри упомянутой, по меньшей мере, одной сушильную камеры (40) для сушки смешанного вещества в виде частиц, а упомянутый пар выпускается через упомянутый, по меньшей мере, один выпуск для отработавшего пара без отделения какого-либо переносимого вещества в виде частиц от отработавшего пара (3).
Упомянутая, по меньшей мере, одна сушильная камера со смесительной системой работает по принципу сушки с непосредственным нагревом, т.е. перегретый пар находится в непосредственном контакте со смешанным веществом в виде частиц. Перегретый пар подводит тепло для испарения влаги смешанного вещества в виде частиц и уносит испаренную влагу. Перегретый пар входит через упомянутый, по меньшей мере, один впуск для перегретого пара, контактирует со смешанным веществом в виде частиц и покидает упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру через упомянутый, по меньшей мере, один выпуск для отработавшего водяного пара. Не стремясь ограничиться какой-либо теорией, отметим допущение о том, что сушильная камера со смесительной системой обеспечивает очень эффективный массо- и теплообмен благодаря плотному контакту и смешению перегретого пара и смешанного вещества в виде частиц.
Отработавший пар проходит по контуру рециркуляции, содержащему упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40), упомянутый, по меньшей мере, один вентилятор (41) циркуляции и упомянутый, по меньшей мере, один теплообменник (42). В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, упомянутая, по меньшей мере, одна сушильная камера и/или остальной контур рециркуляции за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры содержит, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц.
Отработавший пар (3, 4, 5) подают в упомянутый, по меньшей мере, один теплообменник (42), причем отработавший пар пропускают через упомянутый, по меньшей мере, один вентилятор (41) циркуляции, расположенный перед упомянутым, по меньшей мере, одним теплообменником (42) или после него. Упомянутый, по меньшей мере, один вентилятор циркуляции поддерживает расход пара в контуре рециркуляции, преодолевая падение давления в контуре рециркуляции.
В упомянутом, по меньшей мере, одном теплообменнике отработавший пар (5) повторно нагревается для обеспечения перегретого пара (6). Полученный перегретый пар подают обратно в сушильную камеру (40) через упомянутый, по меньшей мере, один впуск для перегретого пара.
Упомянутый, по меньшей мере, один теплообменник (42) может содержать, по меньшей мере, один впуск для отработавшего пара и, по меньшей мере, один выпуск для перегретого пара.
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, упомянутый, по меньшей мере, один теплообменник (42) является кожухотрубным теплообменником. Не стремясь ограничиться какой-либо теорией, выразим уверенность, что такая конструкция теплообменника выгодна, например, потому, что она устойчива к воздействию переносимого вещества в виде твердых частиц и может быть рассчитана на достаточно малое падение давления. Другими теплообменниками, которые можно использовать, являются пластинчатые теплообменники различных типов.
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, отработавший пар (3, 4) пропускается через упомянутый, по меньшей мере, один вентилятор (41) циркуляции, расположенный перед упомянутым, по меньшей мере, одним теплообменником (42), например так, как показано на фиг.1.
В соответствии с другим вариантом осуществления данного изобретения, отработавший пар пропускается через упомянутый, по меньшей мере, один вентилятор (41) циркуляции, расположенный после упомянутого, по меньшей мере, одного теплообменника (42), например, так, как показано на фиг.2. Такая конструкция может привести к пониженному суммарному влагосодержанию переносимого вещества в виде частиц, подаваемого в вентилятор (41) циркуляции, поскольку переносимое вещество в виде частиц можно будет подвергнуть дополнительной сушке посредством упомянутого, по меньшей мере, одного теплообменника (42). Дополнительным преимуществом может быть то, что температуры отработавшего пара, попадающего в упомянутый, по меньшей мере, один теплообменник (42), и перегретого водяного пара, покидающего упомянутый, по меньшей мере, один теплообменник (42), оказываются немного ниже, и поэтому температура насыщения сжатого пара (8, 18) может уменьшиться, и соответственно может немного понизиться потребление энергии для механической системы повторного сжатия паров, поскольку затраты электрической энергии на упомянутый, по меньшей мере, один вентилятор (41) циркуляции, а, значит, и соответствующее увеличение температуры перегретого пара можно было бы осуществить после упомянутого, по меньшей мере, одного теплообменника (42). В случае, если сепарация под действием силы тяжести используется перед упомянутым, по меньшей мере, одним вентилятором (41) циркуляции, как описывается ниже в реализуемом по выбору варианте осуществления, еще одним преимуществом может стать то, что количество переносимого вещества в виде частиц, подаваемого в упомянутый, по меньшей мере, один вентилятор (41) циркуляции, уменьшилось бы.
В соответствии с еще одним возможным вариантом осуществления данного изобретения, отработавший пар (3, 4) отводят и пропускают, по меньшей мере, через два параллельных вентилятора циркуляции, расположенных перед упомянутым, по меньшей мере, одним теплообменником (42) и после него.
Предлагаемый способ сушки влажного вещества в виде частиц дополнительно содержит этап, на котором отвод избыточного пара (7) осуществляют, по меньшей мере, из одного положения в пределах контура рециркуляции.
Избыточный пар можно отводить из любого положения в пределах контура рециркуляции, например, это может быть отвод отработавшего пара (3, 4, 5) или перегретого пара (6) из упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры (40), упомянутого, по меньшей мере, одного вентилятора (41) циркуляции и/или упомянутого, по меньшей мере, одного теплообменника (42).
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, избыточный пар (7) отводят, по меньшей мере, из одного положения в пределах контура рециркуляции, в котором обнаружено наименьшее количество вещества в виде частиц. На фиг.1 показан возможный вариант осуществления, в котором избыточный пар (7) отделяют от отработавшего пара (3) после того, как он покинет сушильную камеру (40), и перед тем, как он покинет вентилятор (41) циркуляции, а остальной отработавший пар проходит по контуру рециркуляции и повторно нагревается для обеспечения перегретого пара.
Избыточный пар (7) подают, по меньшей мере, в один механический компрессор (43), где избыточный водяной пар сжимается для повышения давления, а, значит, - и температуры насыщения избыточного пара. Когда механический компрессор используют непосредственно при обработке пара или паров, как описано выше, а сжатый пар используют в качестве источника энергии для того же термического процесса, обычно употребляют термин «механическая рекомпрессия паров» (МРП).
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, упомянутый, по меньшей мере, один механический компрессор является, например, центробежным компрессором, центробежным вентилятором высокого давления или нагнетательной воздуходувкой Рутса. Упомянутый, по меньшей мере, один механический компрессор предпочтительно является центробежным вентилятором высокого давления, который обладает тем преимуществом, что принимает определенное количество переносимого вещества в виде частиц и поэтому делает необязательным присутствие сепаратора мелочи и пара. Выбор механического компрессора также может зависеть от испарительной способности по воде и/или суммарной разности ΔΤΕ температур, охарактеризованной ниже. Механические компрессоры разных типов имеют и разные эффективности сжатия.
В альтернативном варианте, энергетическая система может быть основана на термическом повторном сжатии избыточного пара посредством парового эжектора, для которого используют пар высокого давления в качестве движущей силы эжектора. Однако такая альтернативная энергетическая система может обеспечить меньшую степень рекуперации энергии.
Основная доля рекуперации энергии в предлагаемом способе достигается посредством механического повторного сжатия избыточного пара. Энергия, используемая для упомянутого, по меньшей мере, одного механического компрессора, может быть электрической или термической энергией. Если используется термическая энергия, то энергией, теряемой из упомянутого, по меньшей мере, одного механического компрессора, можно воспользоваться, по меньшей мере частично, в качестве источника энергии для предлагаемого процесса.
После того, как он покидает упомянутый, по меньшей мере, один механический компрессор, сжатый избыточный пар (8) используется в качестве источника тепла в упомянутом, по меньшей мере, одном теплообменнике (42) и выпускается в виде жидкого конденсата (9). Конденсат (9) можно либо выпускать сразу же, либо полностью или частично использовать для нагревания, например, для нагревания подаваемого потока в предварительном нагревателе, как показано на фиг.3 (см. позицию 46 на фиг.3), и/или полностью либо частично использовать внутри перед выпуском.
Упомянутый, по меньшей мере, один теплообменник (42) может содержать, по меньшей мере, один впуск для сжатого избыточного пара (8) и, по меньшей мере, один выпуск для жидкого конденсата (9).
Высушенное вещество в виде частиц выпускают, либо непрерывно, либо с перерывами, как, по меньшей мере, один поток продукта, по меньшей мере, через один выпуск, получая высушенное вещество в виде частиц.
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, упомянутая, по меньшей мере, одна сушильная камера (40) содержит, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц, а упомянутый, по меньшей мере, один поток (10) продукта выпускают из сушильной камеры через упомянутый, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц, например, так, как показано на фиг.1. В соответствии с другим вариантом осуществления данного изобретения, остальной контур рециркуляции, за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры, содержит, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц, а упомянутый, по меньшей мере, один поток продукта выпускают через упомянутый, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц из контура рециркуляции, за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры. В соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения, упомянутая, по меньшей мере, одна сушильная камера (40) содержит, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц, остальной контур рециркуляции, за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры содержит, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц, а упомянутый, по меньшей мере, один поток продукта выпускают через упомянутый, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц из сушильной камеры и через упомянутый, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц из контура рециркуляции, за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры.
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, полученное высушенное вещество в виде частиц содержит в общей сложности менее 15 масс.% влаги, предпочтительно менее 5 масс.%, предпочтительнее менее 2 масс.%, а наиболее предпочтительно менее 1 масс.%, что определяют на основании суммарной массы высушенного вещества в виде частиц.
В соответствии с возможным вариантом осуществления данного изобретения, упомянутая, по меньшей мере, одна сушильная камера (40) содержит первый выпуск для высушенного вещества в виде частиц, а остальной контур рециркуляции, за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры, содержит второй выпуск для высушенного вещества в виде частиц, и первый поток продукта выпускается через первый выпуск, а второй поток продукта выпускается через второй выпуск, причем влагосодержание высушенного вещества в виде частиц в первом потоке продукта больше, чем влагосодержание высушенного вещества в виде частиц во втором потоке продукта.
Способ, соответствующий данному изобретению, можно использовать для производства карбоната кальция, имеющего содержание сухого вещества более 95 масс.%, что определяют на основании суммарной массы карбоната кальция. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, производство карбоната кальция осуществляют без присутствия классификатора.
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, полученное высушенное вещество в виде частиц представляет собой карбонат кальция, имеющий содержание сухого вещества более 95 масс.%, предпочтительно более 98 масс.%, а наиболее предпочтительно более 99 масс.%, что определяют на основании суммарной массы карбоната кальция.
В соответствии с другим вариантом осуществления данного изобретения, белый минерал, получаемый способом, соответствующим данному изобретению, представляет собой карбонат кальция, имеющий в общей сложности менее 5 масс.%, предпочтительно менее 2 масс.%, а наиболее предпочтительно менее 1 масс.% влаги, что определяют на основании суммарной массы карбоната кальция.
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, среднее время пребывания высушенного вещества в виде частиц внутри контура рециркуляции составляет, по меньшей мере, 10 минут, по меньшей мере, 30 минут или, по меньшей мере, 60 минут.
Способ согласно данному изобретению можно осуществить при давлении в сушильной камере, составляющем от 0 до 0,5 мПа (5 бар). В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, давление в сушильной камере составляет от 10 до 150 кПа (от 0,1 до 1,5 бар), а предпочтительнее от 10 до 95 кПа (от 0,1 до 0,95 бар) или от 105 до 120 кПа (от 1,05 до 1,2 бар). Для осуществления способа согласно данному изобретению в условиях вакуума можно использовать вакуумный насос.
Способ согласно данному изобретению, при воплощении которого перегретый пар представляет собой собой перегретый водяной пар, а падение давления в упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камере, составляет от 80 до 120 кПа (от 0,8 до 1,2 бар), можно осуществлять при падении давления по контуру рециркуляции от 500 до 3000 Па, предпочтительно от 1000 до 2000 Па.
В соответствии с одним возможным вариантом осуществления данного изобретения, расход перегретого водяного пара (6), имеющего давление 105 кПа (1,05 бар) и подаваемого в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру, составляет от 6 до 100 м3/с, предпочтительно от 12 до 50 м3/с и предпочтительнее от 18 до 35 м3/с, а наиболее предпочтительно от 22 до 35 м3/с, и расход избыточного пара составляет 1000 кг/час.
Неожиданно обнаружилось, что за счет использования, по меньшей мере, одной сушильной камеры со смесительной системой можно поддерживать большую и стабильную поверхность тепло- и массопереноса смешанного вещества в виде частиц и довольно низкую концентрацию переносимого вещества в виде частиц в отработавшем паре, покидающем упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру, даже при высоких расходах пара в контуре рециркуляции. Кроме того, обнаружено, что предлагаемый способ не требует сепаратора мелочи и пара в контуре рециркуляции, поскольку при осуществлении предлагаемого способа сушки манипулирование переносимым веществом в виде частиц, присутствующим в отработавшем паре, происходит эффективно. Присутствие переносимого вещества в виде частиц скорее может даже увеличить эффективность теплопереноса для упомянутого, по меньшей мере, одного теплообменника в контуре рециркуляции.
Отсутствие сепаратора мелочи и пара в контуре рециркуляции позволяет избежать значительного падения давления, и поэтому систему можно эксплуатировать с меньшей разностью давлений внутри контура рециркуляции, что значительно снижает потребление энергии для процесса сушки. Если потребуется, то в зависимости от реальных характеристик влажного вещества в виде частиц для манипулирования переносимым веществом в виде частиц, которое присутствует внутри контура рециркуляции, за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры, можно применять вертикальную компоновку контура рециркуляции, поддерживать достаточно высокую скорость, вводить конкретные средства в контуре рециркуляции или осуществлять за счет силы тяжести выпуск переносимого вещества в виде частиц из контура рециркуляции, за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры, или объединять два или более этих средств.
Помимо этого, обнаружено, что существует конкретная разность ΔTR температур между температурой перегретого пара, который подается в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру через упомянутый, по меньшей мере, один впуск для перегретого пара, и температурой отработавшего пара, покидающего упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру, что выгодно в сочетании с упомянутым, по меньшей мере, одним механическим компрессором, используемым в предлагаемом способе.
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, температура перегретого пара (6), который подается в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру, и температура отработавшего пара (3), покидающего упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру, отличаются на разность ΔTR температур, причем ΔTR составляет от 5 до 100°C, предпочтительно от 10 до 50°C, предпочтительнее от 15 до 30°C, еще предпочтительнее от 15 до 25°C, а наиболее предпочтительно примерно 22°C.
В соответствии с возможным вариантом осуществления данного изобретения, перегретый пар представляет собой перегретый водяной пар, а температура перегретого водяного пара (6) составляет от 105 до 220°C, предпочтительно от 110 до 170°C, предпочтительнее от 115°C до 150°C, а наиболее предпочтительно от 115 до 135°C при давлении 105 МПа (1,05 бар), и/или температура отработавшего пара (3) составляет от 101 до 120°C, предпочтительно от 102 до 115°C, предпочтительнее 102 до 110°C, а наиболее предпочтительно примерно от 102 до 105°C при давлении 105 МПа (1,05 бар).
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, температура насыщения сжатого избыточного пара (8) и температура насыщения избыточного пара (7) отличаются на разность ΔΤΕ температур, причем ΔΤΕ составляет от 6 до 130°C, предпочтительно от 11 до 80°C, предпочтительнее от 15 до 60°C, а наиболее предпочтительно от 20 до 45°C.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения, перегретый пар представляет собой перегретый водяной пар, а ΔTR составляет от 5 до 100°C, предпочтительно от 10 до 50°C, предпочтительнее от 15 до 30°C, и/или ΔΤΕ составляет от 6 до 130°C, предпочтительно от 11 до 80°C, предпочтительнее от 15 до 60°C, а наиболее предпочтительно от 20 до 45°C.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения, представляет собой перегретый водяной пар, а ΔTR составляет от 15 до 30°C и ΔΤΕ составляет от 20 до 45°C.
В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, разность между ΔΤΕ и ΔTR составляет от 1 до 30°C, предпочтительно от 4 до 20°C, предпочтительнее от 6 до 15°C, а наиболее предпочтительно от 6 до 10°C.
В дополнение к признакам, описанным выше, способ согласно данному изобретению может также содержать воплощаемые по выбору признаки, которые будут описаны с помощью фиг.3, где иллюстрируется еще один вариант осуществления способа сушки согласно данному изобретению.
В соответствии с воплощаемым по выбору вариантом осуществления данного изобретения, избыточный пар (7) пропускают, по меньшей мере, через один сепаратор (44), чтобы удалить любое переносимое вещество в виде частиц из избыточного пара до того, как его подают в качестве очищенного пара и/или избыточного пара (17) повторного кипения в упомянутый, по меньшей мере, один механический компрессор (43).
Упомянутый, по меньшей мере, один сепаратор (44) может быть сепаратором сухого разделения и/или сепаратором мокрого разделения. Примерами подходящих сепараторов сухого разделения являются циклоны или фильтры. Примерами подходящих сепараторов мокрого разделения являются скрубберы или ребойлеры.
Упомянутый, по меньшей мере, один сепаратор (44) может быть соединен с вентиляционной магистралью или вакуумным насосом (47), чтобы продувать с целью очистки воздух или инертные газы. В вентиляционную магистраль или магистраль вакуума (не изображенную на фиг.3) можно также подводить поток (9, 19) конденсата.
В соответствии с воплощаемым по выбору вариантом осуществления данного изобретения, удаленное переносимое вещество в виде частиц, находящееся в упомянутом, по меньшей мере, одном сепараторе (44), подается в качестве потока (13) рецикла в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40). Поток (13) рецикла можно подавать, по меньшей мере, через один впуск для потока рецикла в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру. Поток рецикла можно также направлять в упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток (1, 2), не показанный, однако, на фиг.3.
Если разность высот между упомянутым, по меньшей мере, одним сепаратором и упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камерой является достаточной, или достаточным является упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток, то протекание этого потока рецикла можно поддерживать без дополнительного нагнетающего давление устройства. Если используют сепаратор мокрого разделения, то поток (13) рецикла находится в жидком состоянии, содержа разбавленное переносимое вещество в виде частиц, и упомянутый поток(13) можно концентрировать до подачи его в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40) через упомянутый, по меньшей мере, один впуск для потока рецикла или до подвода в упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток (1, 2). Сепараторы мокрого разделения с присущими им потенциальными функциональными возможностями концентрации разбавленного переносимого вещества в виде частиц являются, например, скрубберами или ребойлерами.
Этот воплощаемый по выбору вариант осуществления может обладать преимуществом, заключающимся в том, что переносимое вещество в виде частиц в избыточном паре можно повторно использовать посредством полностью встроенной системы с низким или пренебрежимо малым дополнительным потреблением энергии, при этом абсолютное значение (энергии) зависит от соотношения переносимого вещества в виде частиц потока (13) рецикла и избыточного пара (7), а если применяют сепаратор мокрого разделения, то и от повышения температуры кипения потока (13) рецикла. Иными словами, этот воплощаемый по выбору вариант осуществления может допускать двукратное снижение затрат, предусматриваемых при сушке влажного вещества в виде частиц; ввиду повторного использования вещества в виде частиц, его потери отсутствуют, а для повторного использования может потребоваться лишь незначительная или пренебрежимо малая дополнительная энергия.
В соответствии с воплощаемым по выбору вариантом осуществления данного изобретения, по меньшей мере, часть конденсата (9, 19) подают в упомянутый, по меньшей мере, один сепаратор (44) для поддержания баланса массы растворителя внутри упомянутого, по меньшей мере, одного сепаратора и всей сушильной системы в целом.
В соответствии с еще одним воплощаемым по выбору вариантом осуществления данного изобретения, удаляемое переносимое вещество в виде частиц, находящееся в упомянутом, по меньшей мере, одном сепараторе (44), выпускают в качестве выпускаемого потока из упомянутого сепаратора. В случае использования сепаратора сухого разделения и достаточной сухости переносимого вещества в виде частиц, удаляемое переносимое вещество в виде частиц можно выпускать в качестве высушенного вещества в виде частиц, внося вклад в общий баланс массы высушенного вещества в виде частиц в системе. В альтернативном варианте, в случае сепаратора мокрого разделения, можно выпускать разбавленное переносимое вещество в виде частиц как выпускаемый поток в форме жидкости или пульпы, при этом, в зависимости от соотношения переносимого вещества в виде частиц выпускаемого потока и избыточного пара (7), по меньшей мере, часть конденсата (9, 19) подают в упомянутый, по меньшей мере, один сепаратор (44) для поддержания баланса массы внутри упомянутого, по меньшей мере, одного сепаратора и всей сушильной системы в целом.
В соответствии с одним воплощаемым по выбору вариантом осуществления данного изобретения, упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток (1) предварительно нагревают до его подачи в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40). В предпочтительном варианте, упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток (1) предварительно нагревают посредством, по меньшей мере, одного теплообменника (46), предназначенного для манипулирования влажным веществом в виде частиц, при этом жидкий конденсат (9, 19) и/или выпускаемый поток из упомянутого, по меньшей мере, одного сепаратора (44) используют в качестве источника тепла. Упомянутый, по меньшей мере, один теплообменник (46) может содержать, по меньшей мере, один впуск для подаваемого потока (1), по меньшей мере, один выпуск для предварительно нагретого подаваемого потока (2), по меньшей мере, один впуск для горячего конденсата (9, 19) или горячего выпускаемого потока из сепаратора (44) и, по меньшей мере, один выпуск для недогретого конденсата (20) или недогретого выпускаемого потока из упомянутого, по меньшей мере, одного сепаратора (44).
В соответствии с одним воплощаемым по выбору вариантом осуществления данного изобретения, переносимое вещество в виде частиц в контуре рециркуляции, за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры можно частично отделять с помощью простых гравитационных средств в любом положении в контуре рециркуляции, за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры, предпочтительно в положении после упомянутого, по меньшей мере, одного теплообменника (42) и перед упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камерой (40). В случае достаточно сухого переносимого вещества в виде частиц выпуск этого переносимого вещества в виде частиц может вносить вклад в общий баланс массы высушенного вещества в виде частиц в системе. По выбору, упомянутое выпущенное переносимое вещество в виде частиц можно повторно использовать, возвращая в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру, по меньшей мере, через один впуск, или подводить в упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток.
Предлагаемый способ сушки можно осуществлять в сушильной системе, изолированной должным образом, которую нагревают извне через кожух с двойными стенками, чтобы исключить или минимизировать внутреннюю конденсацию в пределах сушильной системы, например, в областях, содержащих вещество в виде частиц.
В соответствии с другим воплощаемым по выбору вариантом осуществления, упомянутая, по меньшей мере, одна сушильная камера и/или паропроводы, используемые для осуществления предлагаемого способа, предусматривают наличие кожуха с двойными стенками, а часть сжатого пара (8, 18) используют в качестве источника тепла для внутреннего повторного нагрева сушильного агента или перегретого пара в упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камере (40) и/или подсоединенных магистралях, используемых для осуществления предлагаемого способа. Это может дополнительно снизить общее потребление энергии благодаря пониженному расходу перегретого пара (6) и при этом может привести к пониженному риску конденсации внутри упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры и паропроводов.
В соответствии с еще одним воплощаемым по выбору вариантом осуществления, жидкий конденсат (9, 19) используют для охлаждения сжатого пара (8, 18) до того как он попадает в упомянутый, по меньшей мере, один теплообменник (42). Нагнетание жидкого конденсата с этой целью можно проводить либо перед упомянутым, по меньшей мере, одним механическим компрессором (43), либо после него.
В соответствии с еще одним воплощаемым по выбору вариантом осуществления, для запуска предлагаемого способа можно использовать входной поток (11), сообщающий энергию извне. Подходящим входным потоком, сообщающим энергию извне, может представлять собой пар из котла или горячую воду. Вместе с тем, входной поток, сообщающий энергию извне, не является обязательным для цели запуска. Например, если подаваемый поток является горячим и запускают, по меньшей мере, один вентилятор циркуляции и упомянутый, по меньшей мере, один механический компрессор, то сушильная система может нагреваться за счет собственных ресурсов. При работе в установившемся состоянии, входной поток, сообщающий энергию извне, может не потребоваться в случае избытка энергии во всей системе, и поэтому его отсекают посредством отсечного клапана. Когда энергия извне оказывается необходимой из-за характеристик общего энергетического баланса и/или подачи, можно подводить ее непосредственно в сжатом паре или косвенно через упомянутый, по меньшей мере, один отдельный теплообменник в контуре рециркуляции. Если во всей системе присутствует избыток энергии, этот избыток можно отводить из паропровода между упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камерой (40) и упомянутым, по меньшей мере, одним теплообменником (42) посредством конденсатора с внешним охлаждением для поддержания общего энергетического баланса.
В соответствии с еще одним воплощаемым по выбору вариантом осуществления, способ, соответствующий данному изобретению, может предусматривать наличие, по меньшей мере, двух сушильных камер, соединенных последовательно, параллельно или посредством комбинации последовательного и параллельного соединений. В случае использования последовательно соединенных камер, способ согласно данному изобретению можно осуществлять без повторного нагрева между сушильными камерами или с повторным нагревом, по меньшей мере, между двумя из камер, без обвода перегретого водяного пара вокруг сушильных камер или с обводом перегретого водяного пара, по меньшей мере, вокруг одной сушильной камеры, с одинаковым влагосодержанием смешанного вещества в виде частиц или с отличающимся влагосодержанием смешанного вещества в виде частиц, по меньшей мере, в двух сушильных камерах, с одинаковыми температурами в сушильных камерах или с разными температурами перегретого водяного пара на входах и/или выходах сушильных камер, по меньшей мере, в двух сушильных камерах и, по меньшей мере, с одной системой механической рекомпрессии паров (МРП). Некоторыми потенциальными преимуществами этого воплощаемого по выбору варианта осуществления могут быть способ сушки, дополнительно оптимизированный в целом, способ сушки, оптимизированный для каждого типа влажного вещества в виде частиц, которое подлежит сушке, повышенный энергетический КПД, интенсифицированный тепло- и массоперенос в сушильных камерах и/или меньшее количество переносимого вещества в виде частиц в главном контуре рециркуляции, за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры.
Белый минерал, получаемый способом, соответствующим данному изобретению, можно использовать в приложениях, связанных с бумагой, в красках, уплотнителях, адгезивах, бетоне, сельском хозяйстве, косметике, пище, кормах, фармацевтических препаратах, в обработке воды и/или в пластмассе.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Пример 1 воплощает сравнение между потреблением энергии согласно предлагаемому процессу сушки и процессу сушки с помощью традиционной сушилки-смесителя с непосредственным нагревом перегретым паром без рекуперации энергии скрытого (латентного) тепла избыточного пара.
Традиционная сушилка включала в себя циклонного типа сепаратор мелочи и пара в контуре рециркуляции, что приводит к повышенному расчетному падению давления в контуре рециркуляции пара. Суммарное потребление энергии вычисляли в соответствии с общим энергетическим балансом системы. Потребление электрической энергии было основано на стандартных вычислительных моделях потребления энергии для вентилятора циркуляции, основанных на разности давлений, объемном расходе и общем КПД вентилятора, а также использовании обычно допустимых значений потребления электрической энергии смесительным устройством и насосами. Подготовка предлагаемого процесса сушки была основана на функциональной концепции процесса, показанной на фиг.1.
При рассмотрении результатов, обсуждается последовательность действий сепаратора мелочи и пара в контуре рециркуляции согласно предлагаемому процессу сушки. Позиции, указанные в скобках, относятся к реальному оборудованию, пару или положению потока на фиг.1. Эффективное потребление (кВт) следует рассматривать в связи с испарительной способностью по воде, указанной в объединенных расчетных данных.
Объединенные расчетные данные
Влажное вещество в виде частиц: CaCO3 в воде
Концентрация подаваемого потока (1): содержание твердых частиц 50 масс.%
Концентрация продукта (10): содержание твердых частиц 99 масс.%
Интенсивность подачи: 2000 кг/час
Испарительная способность по воде (7, 8, 9): 1000 кг/час
Давление в сушильной камере: 105 кПа (1,05 бар)
Время пребывания: более 30 минут
Эффективное потреблением мешалкой и насосами: 30 кВт
КПД вентилятора циркуляции (41): 0,65
КПД теханического компрессора (43): 0,60
Традиционный процесс сушки с непосредственным нагревом перегретым паром
Температура на входе в сушильную камеру: 164°C
Температура на выходе сушильной камеры: 102°C
Падение давления в контуре рециркуляции: 6000 Па
Суммарное эффективное потребление тепловой энергии: 550 кВт
Суммарное эффективное потребление электрической энергии вентилятором циркуляции: 70 кВт
Суммарное эффективное потребление: 650 кВт
Предлагаемый процесс
Температура на входе в сушильную камеру (6): 124°C
Температура на выходе сушильной камеры (3): 102°C
ΔTR или разность температур перегретого пара (6), поступающего в сушильную камеру, и отработавшего пара (3), покидающего ее: 22°C
ΔΤΕ или увеличение температуры системой МРП (43): ΔTR + 6°C = 28°C
Падение давления в контуре рециркуляции (3-4-41-5-42-6-40): 1500 Па
Объемный расход перегретого пара (6): 24 м3/с
Суммарное эффективное потребление термической энергии: 0 кВт
Эффективное потребление электрической энергии вентилятором циркуляции: 50 кВт
Эффективное потребление электрической энергии системой МРП: 75 кВт
Суммарное эффективное потребление: 155 кВт
Результат
Предлагаемый процесс, соответствующий этому примеру, продемонстрировал суммарное потребление энергии, приблизительно на 76% меньшее, чем традиционный процесс сушки. Присутствие устройства (например, циклона) для сепарации мелочи и пара в контуре рециркуляции, обуславливающего предполагаемое дополнительное падение давления, составляющее 4500 Па, а в остальном те же расчетные данные, привело к эффективному потреблению электрической энергии для вентилятора циркуляции, увеличившемуся приблизительно на 150 кВт, и поэтому суммарное потребление энергии составляло 305 кВт, т.е. вдвое больше, чем для предлагаемого процесса.
Пример 2
Фиг.4 иллюстрирует расчет зависимости суммарного удельного потребления энергии (т.е. выраженного в кВт·ч на тонну испаренной воды) от разности температур перегретого пара, подаваемого в сушильную камеру, и отработавшего пара, покидающего сушильную камеру, основанный на расчетных данных, указываемых ниже, для предлагаемого процесса, отображенного на фиг.3. В этом примере также иллюстрируется зависимость чувствительности падения давления контура рециркуляции от уровней температуры, оптимальных для процесса. Позиции, указанные в скобках, относятся к реальному оборудованию, пару или положению потока на фиг.3.
Расчетные данные
Влажное вещество в виде частиц: CaCO3 в воде
Концентрация подаваемого потока (1): содержание твердых частиц 50 масс.%
Концентрация продукта (10): содержание твердых частиц 99 масс.%
Давление в сушильной камере (40): 105 кПа (1,05 бар)
Время пребывания: более 30 минут
Переносимое вещество в виде частиц в избыточном паре (7): 1 масс.%
ΔΤΕ или увеличение температуры системой МРП: ΔTR + 10°C
Падение давления в контуре рециркуляции (3-4-41-5-42-6-40): 1100 или 1500 или 1900 Па
КПД вентилятора циркуляции (41): 0,75
КПД механического компрессора (43): 0,78
Эффективное потребление энергии мешалкой и насосами: 30 кВт·ч на тонну испаренной воды
На фиг.4 показано, что оптимальная зависимость потребления энергии от ΔTR возникала приблизительно при ΔTR = 15-30°C. Потребление энергии вентилятором циркуляции снижалось при увеличении ΔTR благодаря сниженному расходу перегретого пара. Противоположное происходило при потреблении энергии механическим компрессором благодаря необходимости большей ΔΤΕ для компенсации большей ΔTR, или конкретнее, более высокой температуры перегретого пара на выходе из теплообменника (42). Фиг.4 также иллюстрирует эффект сниженного (1100 Па) или увеличенного (1900 Па) падения (dP) давления в контуре рециркуляции и показывает, что оптимальный уровень температуры по-прежнему является довольно низким и имеет место скорее в пределах того же диапазона.
Пример 3
На фиг.5 показана чувствительность увеличенной разности температур между ΔΤΕ и ΔTR, которая характерна, например, когда повышение температуры кипения увеличивается. В этом примере состав влажного вещества в виде частиц определяли лишь косвенно, исходя из приводимых ниже характеристик повышения температуры кипения смешанного вещества в виде частиц. Для трех разных случаев показаны расчеты зависимости суммарного удельного потребления энергии (т.е. выраженного в кВт·ч на тонну испаренной воды) от разности температур перегретого пара, подаваемого в сушильную камеру, и отработавшего пара, покидающего сушильную камеру, основанные на расчетных данных, указываемых ниже, для предлагаемого процесса, отображенного на фиг.1. Позиции, указанные в скобках, относятся к реальному оборудованию, пару или положению потока на фиг.1.
Использовавшиеся расчетные данные
Влажное вещество в виде частиц: в соответствии с определением смешанного вещества в виде частиц
Повышение температуры кипения смешанного вещества в виде частиц: 0 или 6 или 12°C
Концентрация подаваемого потока (1): содержание твердых частиц 50 масс.%
Концентрация продукта (10): содержание твердых частиц 99 масс.%
Давление в сушильной камере (40): 105 кПа (1,05 бар)
Время пребывания: более 30 минут
ΔΤΕ или увеличение температуры системой МРП: ΔTR + 8°C или ΔTR + 14°C или ΔTR + 20°C
Падение давления в контуре рециркуляции (3-4-41-5-42-6-40): 1100 Па
КПД вентилятора циркуляции (41): 0,75
КПД механического компрессора (43): 0,78
Эффективное потребление энергии мешалкой и насосами: 30 кВт·ч на тонну испаренной воды
Результаты вычислений проиллюстрированы на фиг.5, где показано, что для трех разных случаев оптимальный уровень температуры с учетом ΔTR является довольно низким и находящимся в пределах одного и того же диапазона, при этом оптимальный диапазон ΔTR составляет от 15 до 25°C. Следовательно, когда сушат влажное или смешанное вещество в виде частиц при большем повышении температуры кипения можно поддерживать ту же самую ΔTR и одновременно можно увеличивать ΔΤΕ, а, значит, и потребление энергии механическим компрессором для компенсации большего повышения температуры кипения.
Пример 4
Этот пример основан на предлагаемом процессе, проиллюстрированном на фиг.3, и демонстрирует дополнительное потребление энергии для переносимого вещества в виде частиц при повторном использовании избыточного пара посредством применения сепаратора мокрого разделения. Предлагаемый процесс без повторного использования переносимого вещества в виде частиц в избыточном паре сравнивали с предлагаемым процессом, предусматривающим повторное использование. Имели место два примера повторного использования, при наличии 0,5 масс.% и 2,0 масс.% переносимого вещества в виде частиц в избыточном паре, соответственно. Позиции, указанные в скобках, относятся к реальному оборудованию, пару или положению потока на фиг.1.
Использовавшиеся расчетные данные
Влажное вещество в виде частиц: CaCO3 в воде
Концентрация подаваемого потока (1): содержание твердых частиц 50 масс.%
Концентрация продукта (10): содержание твердых частиц 99 масс.%
Давление в сушильной камере (40): 91 кПа (0,91 бар)
Время пребывания: более 30 минут
Переносимое вещество в виде частиц в избыточном паре (7): 0,5 масс.% и 2,0 масс.%
Концентрация переносимого вещества в виде частиц в потоке (13) рецикла: 50 масс.%
ΔTR или разность температур перегретого пара (6), поступающего в сушильную камеру, и отработавшего пара (3), покидающего ее: 22°C
ΔΤΕ или увеличение температуры системой МРП без повторного использования: ΔTR + 12°C
ΔΤΕ или увеличение температуры системой МРП при повторном использовании: ΔTR + 13°C
Падение давления в контуре рециркуляции (3-4-41-5-42-6-40): 1400 Па
КПД вентилятора циркуляции (41): 0,70
КПД механического компрессора (43): 0,75
Эффективное потребление энергии мешалкой и насосами: 30 кВт·ч на тонну испаренной воды
Результаты
Удельное потребление энергии без повторного использования: 154 кВт·ч/т.
Удельное потребление энергии при повторном использовании и 0,5 мас.% переносимого вещества в виде частиц в избыточном паре: 158 кВт·ч/т.
Удельное потребление энергии при повторном использовании и 2,0 мас.% переносимого вещества в виде частиц в избыточном паре: 160 кВт·ч/т.
Следовательно, дополнительное потребление энергии при повторном использовании составляло 2-4%.
Данное изобретение относится к способу сушки влажного вещества в виде частиц, а высушенное вещество в виде частиц представляет собой белый минерал, имеющий яркость Ry, по меньшей мере, 65%, который образуется посредством сушки в сушилке с непосредственным нагревом перегретым паром, при котором вводят, по меньшей мере, один поток (1) влажного вещества в контакт с перегретым паром (6) внутри, по меньшей мере, одной сушильной камеры (40) со смесительной системой и выпускают высушенное вещество в качестве, по меньшей мере, одного потока (10) продукта для получения высушенного вещества. Также изобретение относится к применению способа, получению белого минерала и его применению. Изобретение должно обеспечить эксплуатацию описанного способа в сушильной системе на оптимальном уровне температуры без значительного увеличения габаритов, без введения сложных поверхностей теплообменника, исключение использования сепаратора, что исключает падение давления. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 пр.
1. Способ сушки влажного вещества в виде частиц, причем высушенное вещество в виде частиц представляет собой белый минерал, имеющий яркость Ry, по меньшей мере, 65%, измеренную в соответствии с DIN 53163,
причем способ включает в себя этапы, на которых:
a) обеспечивают, по меньшей мере, один подаваемый поток (1) влажного вещества в виде частиц;
b) обеспечивают контур рециркуляции, содержащий, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40), по меньшей мере, один вентилятор (41) циркуляции и, по меньшей мере, один теплообменник (42), причем упомянутая, по меньшей мере, одна сушильная камера (40) содержит смесительную систему и смешанное вещество в виде частиц, по меньшей мере, один впуск для подаваемого потока влажного вещества в виде частиц, по меньшей мере, один впуск для перегретого пара и, по меньшей мере, один выпуск для отработавшего пара;
c) подают, либо непрерывно, либо с перерывами, упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток (1) влажного вещества в виде частиц в смешанное вещество в виде частиц в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40) через упомянутый, по меньшей мере, один впуск для подаваемого потока;
d) подают перегретый пар (6) в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40) через упомянутый, по меньшей мере, один впуск для перегретого пара;
e) вводят смешанное вещество в виде частиц в непосредственный контакт с перегретым паром внутри упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры (40), чтобы высушить смешанное вещество в виде частиц, и выпускают упомянутый пар через упомянутый, по меньшей мере, один выпуск для отработавшего пара (3), не отделяя никакое переносимое вещество в виде частиц от отработавшего пара (3);
f) подают отработавший пар (3, 4, 5) в упомянутый, по меньшей мере, один теплообменник (42), в котором отработавший пар повторно нагревают для обеспечения перегретого пара (6), причем отработавший пар проходит через упомянутый, по меньшей мере, один вентилятор (41) циркуляции перед упомянутым, по меньшей мере, одним теплообменником (42) или после него и подают упомянутый перегретый пар обратно в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40) через упомянутый, по меньшей мере, один впуск для перегретого пара;
g) отделяют избыточный пар (7) из, по меньшей мере, одного положения в пределах контура рециркуляции;
h) подают избыточный пар (7) в, по меньшей мере, один механический компрессор (43), в котором избыточный пар сжимают, чтобы поднять температуру избыточного пара до температуры насыщения, используют упомянутый сжатый избыточный пар (8) в качестве источника тепла в упомянутом, по меньшей мере, одном теплообменнике (42) и выпускают избыточный пар в виде жидкого конденсата (9); и
i) выпускают, либо непрерывно, либо с перерывами, высушенное вещество в виде частиц в качестве, по меньшей мере, одного потока продукта через, по меньшей мере, один выпуск для получения высушенного вещества в виде частиц.
2. Способ по п. 1, в котором упомянутая, по меньшей мере, одна сушильная камера (40) содержит, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц, а упомянутый, по меньшей мере, один поток продукта выпускают через упомянутый, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц из упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры, и/или остальной контур рециркуляции, за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры, содержит, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц, а упомянутый, по меньшей мере, один поток продукта выпускают через упомянутый, по меньшей мере, один выпуск для высушенного вещества в виде частиц из контура рециркуляции, за исключением упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камеры.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором смесительная система внутри сушильной камеры выбрана из смесителя с одним, двумя или большим количеством валов или комбинации смесителя с одним, двумя или большим количеством валов и механического устройства для создания псевдоожиженного слоя.
4. Способ по п. 1 или 2, в котором давление в упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камере составляет от 0 до 5 бар, предпочтительно от 0,1 до 1,5 бар, а предпочтительнее от 0,1 до 0,95 бар или от 1,05 до 1,2 бар.
5. Способ по п. 1 или 2, в котором перегретый пар представляет собой перегретый водяной пар, а падение давления по контуру рециркуляции составляет от 500 до 3000 Па, предпочтительно от 1000 до 2000 Па, при давлении в упомянутой, по меньшей мере, одной сушильной камере, составляющем от 0,8 до 1,2 бар.
6. Способ по п. 1 или 2, в котором избыточный пар (7) отводят, по меньшей мере, из одного положения в пределах контура рециркуляции, в котором обнаружено наименьшее количество вещества в виде частиц, а предпочтительно избыточный пар (7) отделяют от отработавшего пара (3) после того, как он покинет упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40), и перед тем, как он покинет упомянутый, по меньшей мере, один вентилятор (41) циркуляции.
7. Способ по п. 1 или 2, в котором упомянутый, по меньшей мере, один теплообменник (42) является кожухотрубным теплообменником.
8. Способ по п. 1 или 2, в котором упомянутый, по меньшей мере, один механический компрессор является центробежным компрессором, центробежным вентилятором высокого давления или нагнетательной воздуходувкой Рутса, предпочтительно центробежным вентилятором высокого давления.
9. Способ по п. 1 или 2, в котором температура перегретого пара (6) и температура отработавшего пара (3), покидающего упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру, отличаются на разность ΔTR температур, причем ΔTR составляет от 5 до 100°С, предпочтительно от 10 до 50°С, предпочтительнее от 15 до 30°С, еще предпочтительнее от 15 до 25°С, а наиболее предпочтительно примерно 22°С.
10. Способ по п. 1 или 2, в котором температура насыщения избыточного пара (7) и температура насыщения сжатого избыточного пара (8) отличаются на разность ΔTE температур, причем ΔTE составляет от 6 до 130°С, предпочтительно от 11 до 80°С, предпочтительнее от 15 до 60°С, наиболее предпочтительно от 20 до 45°С.
11. Способ по п. 9, в котором разность между ΔTE и ΔTR составляет от 1 до 30°С, предпочтительно от 4 до 20°С, предпочтительнее от 6 до 15°С, а наиболее предпочтительно от 6 до 10°С.
12. Способ по п. 1 или 2, в котором избыточный пар (7) пропускают, по меньшей мере, через один сепаратор (44), чтобы удалить любое переносимое вещество в виде частиц из избыточного пара перед подачей его в качестве очищенного избыточного пара (17) в, по меньшей мере, один механический компрессор (43).
13. Способ по п. 12, в котором удаленное переносимое вещество в виде частиц подают в качестве потока (13) рецикла в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру (40) или в упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток (1, 2).
14. Способ по п. 1 или 2, в котором упомянутый, по меньшей мере, один подаваемый поток (1) предварительно нагревают перед подачей его в упомянутую, по меньшей мере, одну сушильную камеру.(40); предпочтительно подаваемый поток (1) предварительно нагревают посредством, по меньшей мере, одного теплообменника
(46), при этом жидкий конденсат (9, 19) и/или выпускаемый поток из упомянутого, по меньшей мере, одного сепаратора (44) используют в качестве источника тепла.
15. Способ по п. 1 или 2, в котором полученное высушенное вещество в виде частиц содержит в общей сложности менее 15 масс.% влаги, предпочтительно менее 5 масс.%, предпочтительнее менее 2 масс.%, а наиболее предпочтительно менее 1 масс.%, что определяют на основе суммарной массы высушенного вещества в виде частиц.
16. Способ по п. 1 или 2, в котором среднее время пребывания высушенного вещества в виде частиц внутри контура рециркуляции составляет, по меньшей мере, 10 минут, по меньшей мере, 30 минут или, по меньшей мере, 60 минут.
17. Способ по п. 1 или 2, в котором белый минерал выбирают из минерала на основе карбоната кальция, или гидроксида кальция, или сульфата кальция, предпочтительно карбоната кальция, предпочтительнее тонкодисперсного карбоната кальция, модифицированного карбоната кальция или осажденного карбоната кальция, или выбирают из минералов, содержащих карбонат кальция, причем минералы, содержащие карбонат кальция, предпочтительно содержат доломит или хвосты флотации карбоната кальция или их смеси.
18. Способ по п. 1 или 2, в котором белый минерал представляет собой минерал на основе карбоната кальция, смешанный с глиной, или тальком, или с гидроксидом кальция, или сульфатом кальция, или представляет собой смеси карбоната кальция и каолина, или смеси карбоната кальция и бентонита, или смеси природного карбоната кальция с гидроксидом алюминия, гидроксидом магния, слюдой, или с синтетическими или природными волокнами, или представляет собой соструктуры минералов, предпочтительно соструктуры талька и карбоната кальция, или талька и диоксида титана, или карбоната кальция и диоксида титана.
19. Способ по п. 1 или 2, в котором полученное высушенное вещество в виде частиц представляет собой карбонат кальция, имеющий содержание сухого вещества более 95 масс.%, что определяют на основе суммарной массы карбоната кальция.
20. Применение способа по любому из пп. 1-19 для производства карбоната кальция, имеющего содержание сухого вещества более 95 масс.%, что определяют на основе суммарной массы карбоната кальция, причем производство карбоната кальция предпочтительно осуществляют без классификатора.
21. Белый минерал, полученный способом по любому из пп. 1-19, имеющий яркость Ry, по меньшей мере, 65%, измеренную в соответствии со DIN 53163.
22. Белый минерал по п. 21, представляющий собой карбонат кальция, имеющий в общей сложности менее 5 масс.% влаги, что определяют на основе суммарной массы высушенного вещества в виде частиц.
23. Применение белого минерала по п. 21 или 22 в применениях, связанных с бумагой, в красках, уплотнителях, адгезивах, бетоне, сельском хозяйстве, косметике, пище, кормах, фармацевтических препаратах, в обработке воды и/или в пластмассе.
| US 5291668 A, 08.03.1994 | |||
| US 4242808 A1, 06.01.1981 | |||
| Способ получения брикетов | 1939 |
|
SU58651A1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗЕРНИСТОГО МАТЕРИАЛА С МОЮЩИМ И/ИЛИ ОЧИЩАЮЩИМ ДЕЙСТВИЕМ | 1993 |
|
RU2116337C1 |
