Установка для сушки пастообразных материалов в закрученном взвешенном слое инертных тел Российский патент 2020 года по МПК F26B17/10 F26B3/88 

Изобретение относятся к сушильной технике, а более конкретно к сушилкам с активным гидродинамическим режимом, предназначенным для сушки пастообразных материалов, и может найти применение в производстве пищевых продуктов, медицинских препаратов и красителей.

Аналогом является сушилка для пастообразных материалов на инертных телах (SU 1666898 A1), содержащая цилиндро-коническую камеру взвешенного слоя, барабан для тангенциального ввода теплоносителя с конусом, соосные с камерой диффузор и кольцо, и боковое фильерное устройство.

К недостаткам этой сушилки следует отнести следующее:

- недостаточная высота рабочего слоя инерта;

- отсутствует разделение частиц по высоте слоя инерта с влажным материалом и высохшим;

- вертикальная циркуляция частиц инерта незначительна.

Прототипом является установка для сушки пастообразных материалов в закрученном взвешенном слое инертных тел (RU 2679994 С1), содержащая биконическую камеру взвешенного закрученного слоя инертных тел с верхним и нижним ярусами, тангенциальные вводы основного теплоносителя и дополнительного теплоносителя, питатель, диафрагменную перегородку, отличающаяся тем, что с целью интенсификации процесса сушки и увеличения производительности по высушенному продукту используется регулируемая диафрагменная перегородка для сепарации закрученного слоя инертных тел и разделения рабочей зоны установки на два яруса с разными гидродинамическими режимами.

Установка для сушки работает следующим образом. В биконическую камеру, в зависимости от предварительно известных свойств высушиваемого пастообразного материала, загружаются наиболее подходящие инертные тела (гранулированные частицы размером (3…5)*10^-3м из фторопласта, полиэтилена, полипропилена и т.д.). При первичном пуске в отсутствии подачи влажного материала все инертные тела образуют закрученный взвешенный слой и сообразно скорости витания находятся преимущественно в верхнем ярусе, в нижнем ярусе инертные тела практически отсутствуют. Оба яруса разделяются диафрагменной перегородкой, позволяющей изменять площадь поперечного сечения, соединяющего оба яруса, регулируя тем самым скорость теплоносителя в сечении диафрагмы.

Затем организуется дозированная при помощи питателя подача влажного материала, который наносится на слой инертных тел верхнего яруса, распределяется по поверхности частиц инерта и подвергается процессу сушки в закрученном слое инертных тел.

Для устойчивости работы сушилки, повышения производительности и устранения агрегатирования в данной сушильной установке применяется сепарация закрученного слоя инерта, основанная на разности веса единичных тел с «нормальным» распределением влажного материала и «аномальным» (под этим понимается избыточное количество наносимого влажного материала, приводящее, как правило, к агрегатированию инертных тел).

При таком техническом решении отдельные инертные тела с избыточным нанесенным влажным материалом, а также агрегатированные инертные тела проваливаются в нижний ярус через диафрагменную перегородку, разделяющую верхний и нижний ярус, подвергаются досушке с удалением высушенного материала с поверхности инертных частиц, а также разрушению агрегатов и возвратом отдельных частиц в верхний ярус.

Изменение сечения диафрагменной перегородки позволяет регулировать скорость витания в этом сечении. Это приводит к тому, что в нижний ярус попадают только агрегаты из инертных тел или инертные тела с повышенным содержанием влажного материала (как более тяжелые). При этом досушка в нижнем ярусе приводит к разрушению агрегатов и вбрасыванию частиц в верхний ярус. Такое техническое решение позволяет удалять из основного слоя в верхнем ярусе агрегатированные инертные тела с помощью регулирования скорости витания в зоне диафрагменной перегородки.

В нижнем ярусе организуется более активный гидродинамический режим, скорость движения частиц инерта на 35-70% больше, чем в верхнем ярусе 2. Это улучшает истирающие возможности слоя.

Таким образом, изменение сечения диафрагменной перегородки позволяет оперативно регулировать скорость теплоносителя непосредственно в этом сечении, создавая тем самым гидродинамические условия для провала агрегатов и «тяжелых» инертных тел в нижний ярус. Указанное техническое решение позволяет для каждого конкретного высушиваемого материала с индивидуальными характеристиками задавать конкретную скорость витания в зоне диафрагменной перегородки, т.е. производить классификацию (разделение) по весу инертных тел с нанесенным материалом. Такой подход позволяет раздельно осуществлять сушку инертных тел с «нормальным» распределением влажного материала в верхнем ярусе и сушку в нижнем ярусе инертных тел с «аномальным» распределением влажного материала, а также активное разрушение агрегатов, образовавшихся в процессе нанесения влажного материала на инертные тела.

К недостаткам этой сушилки следует отнести следующее:

- высота рабочего слоя инертных тел в верхней рабочей камере не регулируется, а зависит, в частности, от соотношения количеств инертных тел в верхнем и нижнем ярусах, что, в целом, приводит к нежелательному колебанию площади тепло-массообмена в верхнем ярусе;

- при увеличении подачи основного теплоносителя с целью увеличения производительности аппарата нарушаются гидродинамические условия попадания инертных частиц с нанесенным влажным материалом в нижний ярус установки, что может привести к избыточному количеству влажного материала в верхнем ярусе и даже к аварийной остановке установки

- вертикальная количественная циркуляция инертных тел нестабильна и формируется при сочетании целого ряда факторов;

- при попытках увеличения производительности установки для сушки за счет повышения расхода теплоносителя наблюдается уплотнение взвешенного слоя инертных тел в верхнем ярусе рабочей камеры, нарушение устойчивой гидродинамики взвешенного слоя инертных тел с образованием сквозных каналов, особенно по центральной оси установки, что уменьшает степень отработки теплоносителя.

Целью изобретения является интенсификация процесса сушки пастообразных материалов.

Цель достигается тем, что установка для сушки пастообразных материалов в закрученном взвешенном слое инертных тел, содержащая биконическую камеру взвешенного закрученного слоя инертных тел с верхним и нижним ярусами, тангенциальные вводы основного теплоносителя и дополнительного теплоносителя, центральный конус, диафрагменную перегородку, питатель и патрубок выхода отработанного теплоносителя, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что с целью интенсификации процесса сушки и увеличения производительности по высушенному продукту используется центральная вставка и цилиндр-регулятор со штангой привода для создания дополнительного циркуляционного потока инертных тел и регулирования высоты взвешенного слоя инертных тел.

При анализе известных технических решений не обнаружены решения, имеющие признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого изобретения. На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что заявленное техническое решение обладает существенными отличиями.

На фиг. 1 изображена описываемая установка; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг. 4 центральная вставка с цилиндром-регулятором высоты закрученного слоя верхнего яруса (штанга привода для вертикального перемещения цилиндра-регулятора условно не показана).

Установка для сушки пастообразных материалов в закрученном взвешенном слое инертных тел содержит биконическую камеру 1 взвешенного закрученного слоя инертных тел с верхним 2 и нижним 3 ярусами, тангенциальные вводы дополнительного теплоносителя 4; центральный конус 5; центральную вставку 6; цилиндр-регулятор 7 высоты закрученного слоя инертных тел верхнего яруса; диафрагменную перегородку 8; тангенциальные вводы основного теплоносителя 9; питатель 10; патрубок выхода отработанного теплоносителя 11 и штангу 12 привода цилиндра-регулятора.

Установка для сушки работает следующим образом.

В биконическую камеру 1, в зависимости от предварительно известных свойств высушиваемого пастообразного материала, загружаются наиболее подходящие инертные тела (гранулированные частицы размером (3…5)*10 ^-3 м из фторопласта, полиэтилена, полипропилена и т.д.). При первичном пуске в отсутствии подачи влажного материала все инертные тела образуют закрученный взвешенный слой и сообразно скорости витания находятся преимущественно в верхнем ярусе 2, в нижнем ярусе 3 инертные тела практически отсутствуют. Оба яруса разделяются диафрагменной перегородкой 8, позволяющей изменять площадь поперечного сечения, соединяющего оба яруса, регулируя тем самым скорость теплоносителя в свободном сечении диафрагмы.

Затем организуется дозированная при помощи питателя 10 подача влажного материала, который наносится на слой инертных тел верхнего яруса 2, распределяется по поверхности инертных тел и подвергается процессу сушки в закрученном слое инертных тел.

Процесс нанесения высушиваемого материала на инертные тела носит весьма сложный характер. Пленка высушиваемого материала далека от «идеальной» (равнотолщинное покрытие поверхности инертных тел) формы покрытия. Кроме того, при избыточном нанесении материала на единичные инертные тела, возникают агрегаты из двух и более единичных инертных тел. При этом резко нарушается гидродинамика закрученного инертного слоя, что в дальнейшем может привести к аварийной остановке сушилки. Для повышения устойчивости работы сушилки и устранения агрегатирования в сушильной установке используется сепарация закрученного слоя инертных тел, основанная на разности веса единичных тел с «нормальным» распределением влажного материала и «аномальным» (под этим понимается избыточное количество наносимого влажного материала, приводящее, как правило, к агрегатированию инертных тел). При этом отдельные инертные тела с избыточным нанесенным влажным материалом, а также агрегатированные инертные тела проваливаются в нижний ярус 3 через диафрагменную перегородку 8, разделяющую верхний 2 и нижний ярус 3, подвергаются досушке с удалением высушенного материала с поверхности инертных частиц, а также разрушению агрегатов и возвратом отдельных частиц в верхний ярус 2.

Регулируемое изменение сечения диафрагменной перегородки 8 позволяет регулировать скорость витания в этом сечении. Это приводит к тому, что в нижний ярус 3 попадают только агрегаты из инертных тел или инертные тела с повышенным содержанием влажного материала (как более тяжелые). При этом досушка в нижнем ярусе 3 при отсутствии подачи влажного материала в нижний ярус установки приводит к разрушению агрегатов и вбрасыванию освободившихся частиц в верхний ярус 2. Подобное техническое решение позволяет удалять из основного слоя в верхнем ярусе 2 агрегатированные инертные тела с помощью регулирования скорости витания в зоне диафрагменной перегородки 8. В нижнем ярусе 3 организуется более активный гидродинамический режим, скорость витания частиц инерта на 35-70 % большем, чем в верхнем ярусе 2, что улучшает истирающие возможности слоя.

Изменение сечения диафрагменной перегородки 8 позволяет оперативно регулировать скорость теплоносителя непосредственно в этом сечении, создавая тем самым гидродинамические условия для провала агрегатов и «тяжелых» инертных тел в нижний ярус 3.

Применение диафрагменной перегородки позволяет для каждого конкретного высушиваемого материала с индивидуальными характеристиками задавать конкретную скорость витания в зоне диафрагменной перегородки 8, т.е. производить классификацию (разделение) по весу инертных тел с нанесенным материалом. Такой подход позволяет раздельно осуществлять сушку инертных тел с «нормальным» распределением влажного материала в верхнем ярусе 2 и сушку в нижнем ярусе 3 инертных тел с «аномальным» распределением влажного материала, а также активное разрушение агрегатов, образовавшихся в процессе нанесения влажного материала на инертные тела.

В отличие от прототипа в предлагаемой конструкции установки для сушки дополнительно установлены центральная вставка 6 с цилиндром-регулятором 7 высоты закрученного слоя верхнего яруса и штанга 12 для вертикального перемещения цилиндра-регулятора. Это позволяет организовать дополнительный поток инертных тел, принимающих активное участие в создании внутренней площади тепломассообмена в установке и дополнительного ударно-истирающего воздействия на инертные тела с нанесенным влажным материалом, как в нижнем, так и в верхнем ярусах установки. Кроме того, устраняется вероятность прорыва теплоносителя по оси установки в предельных режимах, что характерно для аппаратов с закрученными слоями инертных тел.

Технически это осуществляется следующим образом.

При пуске установки путем перемещения штанги 12 устанавливают требуемую высоту закрученного слоя инертных тел и вводят инертные тела в установку с избытком в 25…30 % от оптимального количества для выбранного объема верхнего яруса. Избыточное количество инертных тел при этом в процессе работы постоянно пересыпается через верхний край цилиндра–регулятора, по центральной вставке 6 опускается в нижнюю часть установки, захватывается закрученными потоками дополнительного теплоносителя, вбрасывается в нижний ярус 3 и вновь через диафрагменную перегородку поступает в ярус 2.

На фиг. 1 стрелками показан дополнительный циркуляционный поток инертных тел.

Далее организуется дозированная при помощи питателя 10 подача влажного материала, который наносится на слой инертных тел верхнего яруса 2, распределяется по поверхности частиц инерта и подвергается процессу сушки в закрученном слое инертных тел. Как и в прототипе, используется сепарация закрученного слоя инертных тел, основанная на разности веса единичных тел с «нормальным» распределением влажного материала и «аномальным» (под этим понимается избыточное количество наносимого влажного материала, приводящее, как правило, к агрегатированию инертных тел).

При этом отдельные инертные тела с избыточным нанесенным влажным материалом, а также агрегатированные инертные тела проваливаются в нижний ярус 3 через диафрагменную перегородку 8, разделяющую верхний 2 и нижний ярус 3, подвергаются досушке с удалением высушенного материала с поверхности инертных частиц, а также разрушению агрегатов и возвратом отдельных частиц в верхний ярус установки.

Следует отметить, что введение влажного материала в установку существенно изменяет гидродинамическую обстановку в верхнем ярусе и может потребовать большего расхода теплоносителя. Применение подвижного цилиндра-регулятора при этом позволяет установить оптимальную высоту рабочего слоя верхнего яруса 2 и стабилизировать его работу. Избыточное количество инертных тел постоянно пересыпается через верхний край кольца-регулятора, создавая циркуляционный поток инертных тел. Затем циркуляционный поток, состоящий практически из свободных от влажного материала инертных тел, захватывается и разгоняется потоком дополнительного теплоносителя в нижнем ярусе, пронизывает слой инертных тел, находящийся в нижнем ярусе (инертные тела с переизбытком влажного материала и агрегатированные инертные тела), производя при этом дополнительное ударно-истирающее воздействие. В зоне действия диафрагменной перегородки происходит активное встречное контактное взаимодействие инертных тел, имеющих избыточное количество влажного материала, и агрегатов из инертных тел с движущимися, практически чистыми, инертными телами циркуляционного потока. Это приводит к дополнительному перераспределению носимого влажного материала и частичному разрушению агрегатов. Кроме того, циркуляционный поток дополнительно осуществляет зачистку внутренней поверхности яруса 3 установки. Дополнительно применение центральной вставки 6 устраняет прорыв теплоносителя по центральной оси установки, что позволяет применять более высокие скорости подачи теплоносителя, а, следовательно, увеличить производительность установки

Предлагаемое техническое решение позволяет оперативно без дополнительных опытов устанавливать непосредственно в процессе сушки оптимальное значение высоты закрученного слоя инертных тел, более полно использовать рабочую зону установки, увеличить внутреннюю площадь тепломассообмена и улучшить условия контактного взаимодействия инертных тел в процессе сушки.

Таким образом, при одинаковых габаритах сушилки (по сравнению с прототипом) более полно используется рабочая зона сушилки (высота закрученного слоя верхнего яруса регулируется и поддерживается в оптимальном значении). В нижнем ярусе 3 активно применяется встречное ударно-истирающее воздействие основного и циркуляционного потоков инертных тел. Устраняется вероятность прорыва теплоносителя по центральной оси установки.

По сравнению с прототипом при равных габаритных размерах производительность предлагаемой сушилки больше на 24…28 % (в зависимости от конкретного пастообразного материала) за счет:

- регулирования и поддерживания оптимальной высоты рабочего слоя инертных тел;

- организации дополнительного циркуляционного потока инертных тел, поддерживающего закрученный слой инертных частиц в оптимальных параметрах.

- использования дополнительного ударно-истирающего воздействия инертных частиц циркуляционного потока:

-применения дополнительной площади тепломассообмена циркуляционного потока инертных тел;

- организации активного взаимодействия инертных тел циркуляционного потока в нижнем ярусе для разрушения агрегатов из инертных тел.

Использование предлагаемой сушилки обеспечивает по сравнению с существующими конструкциями следующие преимущества:

- оперативное регулирование и поддерживание оптимальной высоты рабочего слоя за счет использования циркуляционного потока инертных тел в условиях нестабильной подачи влажного материала;

- введение за счет циркуляционного потока значимого количества инертных тел, создающих дополнительную площадь тепломассообмена;

- применение ударно-истирающего воздействия циркуляционного потока на закрученные слои инертных тел, как в нижнем, так и в верхнем ярусах установки для сушки;

- использование активного взаимодействия инертных тел циркуляционного потока в нижнем ярусе для разрушения агрегатов из инертных тел, находящихся в нижнем ярусе установки ;

- организация в зоне действия диафрагменной перегородки активного встречного контактного взаимодействия инертных тел, поступающих из верхнего яруса, и имеющих избыточное количество влажного материала, с движущимися, практически чистыми, инертными телами циркуляционного потока, что приводит к дополнительному перераспределению носимого влажного материала и частичному разрушению агрегатов из инертных тел.

- дополнительная зачистка внутренних поверхностей установки для сушки инертными телами циркуляционного потока.

Изобретение относится к сушильной технике, а более конкретно к сушилкам с активным гидродинамическим режимом, предназначенным для сушки пастообразных материалов, и может найти применение в производстве пищевых продуктов, медицинских препаратов и красителей. Установка для сушки пастообразных материалов в закрученном взвешенном слое инертных тел содержит биконическую камеру взвешенного закрученного слоя инертных тел с верхним и нижним ярусами, тангенциальные вводы основного теплоносителя и дополнительного теплоносителя, центральный конус, диафрагменную перегородку, питатель и патрубок выхода отработанного теплоносителя. В установке используется центральная вставка и цилиндр-регулятор со штангой привода для организации внутреннего дополнительного циркуляционного потока инертных тел. Техническая задача - интенсифицировать процесс сушки и увеличить производительность. 4 ил.

Установка для сушки пастообразных материалов в закрученном взвешенном слое инертных тел, содержащая биконическую камеру взвешенного закрученного слоя инертных тел с верхним и нижним ярусами, тангенциальные вводы основного теплоносителя и дополнительного теплоносителя, центральный конус , диафрагменную перегородку, питатель и патрубок выхода отработанного теплоносителя, отличающаяся тем, что с целью интенсификации процесса сушки и увеличения производительности по высушенному продукту используется центральная вставка и цилиндр-регулятор со штангой привода для создания дополнительного циркуляционного потока инертных тел и регулирования высоты взвешенного слоя инертных тел.