Установка кипящего слоя Российский патент 2024 года по МПК F26B17/10 

Область техники

Изобретение относится к сушке твердых материалов с применением тепла. При котором газ пронизывает просушиваемые материалы с целью их разрыхлить для образования псевдоожиженного слоя.

Предшествующий уровень техники

Существует множество различных сушилок, отличающихся друг от друга по ряду признаков: по способу подвода тепла (конвективные, контактные и др.), по виду используемого теплоносителя воздушные, газовые, паровые), по величине давления в сушильной камере (атмосферные и вакуумные), по способу организации процесса (периодические и непрерывные), а также по взаимному направлению движения материала и сушильного агента в конвективных сушилках (прямоток, противоток, перекрестный ток).

Сушилки кипящего слоя применяются для сушки дисперсных материалов в пищевой, химической, угольной промышленности, сушки строительных материалов и пр. Сушка в "кипящем" слое - перспективный метод для сушки кусковых и сыпучих материалов диаметром до 70 мм.

В качестве аналога была выбрана сушилка с кипящим слоем, описанная https://infopedia.su/3x33da.html.

Сушилка с "кипящим" слоем представляет собой вертикальную камеру круглого или прямоугольного сечения, в нижней части поперечного сечения которой установлена газораспределительная решетка. Газораспределительные решетки, поддерживают псевдоожиженный слой и обеспечивают равномерное распределение газового потока по сечению камеры. В настоящее время применяют два типа решеток - провальные и беспровальные. Провальные решетки представляют собой перфорированные плиты, на которых материал поддерживается за счет скоростного напора газа. Толщина плиты - 10…20 мм, что создает большую жесткость и значительную длину канала, при котором вероятность просыпания близка к нулю. Незначительные прогибы и неровности приводят к неравномерному кипению и залеганию материала.

Если на решетку насыпать слой зернистого материала (например, песок) и продувать снизу через решетку и слой материала воздух со скоростью немного большей, чем скорость витания средней по диаметру частицы материала, то слой взвешивается, увеличиваясь в размере. Высота, стесненного стенками камеры слоя, увеличивается, пространство между частицами увеличивается, и частицы в пределах слоя активно перемешиваются. Слой приобретает вид кипящей жидкости, он приобретает свойство текучести как жидкость, за счет исчезновения тесных контактов между частицами. Такой слой называют псевдоожиженным. Если в камере сделать отверстие на верхнем уровне слоя или ниже, то слой начнет переливаться, как жидкость в это отверстие.

В сушилке "кипящего" слоя, сжижающим агентом является горячий газ. В кипящем слое частицы активно перемещаются внутри слоя во всех направлениях, поверхность частиц хорошо омывается газом, т.е. поверхность теплообмена хорошо развита, и площадь теплообмена практически равна суммарной площади частиц, находящихся в объеме слоя. Такой слой называют слоем идеального перемешивания, т.к. за счет активной циркуляции частиц и газа в слое, температура в любой точке объема слоя одинакова.

При слое с высотой меньше 600 мм газ проходит через слой в виде отдельных струй, образуются газовые свищи, прекращается хорошее перемешивание частиц в слое, и нарушается однородность структуры слоя. Также, структура "кипящего" слоя нарушается, при значительной неоднородности фракционного состава материала. В этом случае, мелкие частицы уносятся из слоя, а крупные - оседают на решетку, что приводит к увеличению сопротивления слоя и снижению скорости газового потока, и в результате - к прекращению псевдоожижения слоя.

Недостатками таких сушилок являются повышенный расход электроэнергии для создания высокой скорости сушильного агента, с целью образования "кипящего" слоя, неравномерная сушка полидисперсного материала, обусловленная различным временем пребывания отдельных частиц в зоне сушки,

В качестве прототипа было выбрано техническое решение, описанное в патенте на полезную модель RU №174232 U1, «Установка кипящего слоя», МПК: F26B03/00, B01J08/18; заявка: 2017114475, приоритет: 25.04.2017; опубликовано: 09.10.2017; авторы: Митрофанов А.В., Мизонов В.Е., Камело А.А (RU); патентообладатель: ФГБОУ высшего образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) (RU).

Установка кипящего слоя, содержащая цилиндрический корпус с загрузочным патрубком, газораспределительную решетку, патрубок подвода газа, патрубок отвода газодисперсной смеси и циклон, отличающаяся тем, что внутри корпуса с зазором к его внутренней поверхности размещена цилиндрическая обечайка, в верхней части которой установлена цилиндроконическая вставка с аксиальными лопастями, образующими наклонные каналы для закручивания потока газодисперсной смеси.

Признаки прототипа, которые совпадают с существенными признаками изобретения - установка кипящего слоя содержит корпус, загрузочный патрубок, обечайку, патрубок подвода газа, патрубок отвода газодисперсной смеси, циклон, вставку.

Недостатками прототипа, является загрузка и выгрузка материала. Загрузка материала производится сбоку корпуса и не гарантирует равномерное распределение его по всему объему, а газ подается через газораспределительную решетку равномерно. Это может вызвать не симметричную продувку всего материала по периферии его корпуса. Выгрузка высушенного материала производится из верхней части корпуса и будет не эффективна без достаточной скорости ожижающего газа из- за резкого сужения его потока и резкого изменения его направления движения. Требуется контроль и достаточная мощность потока ожижающего газа. Возможно сужение прохода на горизонтальном участке выгрузки сухого материала, снижение производительности и засорения выгружной части установки кипящего слоя.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является расширение технических возможностей установки кипящего слоя с удобными в эксплуатации загрузкой и выгрузкой осушаемого материала.

Технический результат заключается в равномерном распределении материала по всему объему устройства, организации загрузки влажного материала сверху, а выгрузки сухого материала снизу устройства.

Технический результат достигается тем, что в установке кипящего слоя, содержащей корпус, загрузочный патрубок, обечайку, патрубок подвода газа, патрубок отвода газодисперсной смеси, циклон, согласно изобретению, корпус выполнен цилиндроконической формы, в верхнее основание которого вмонтирован загрузочный патрубок цилиндроконической формы, в цилиндрическую часть которого вмонтирован с возможностью вращения шнековый питатель. Внутри корпуса закреплена вставка в виде усеченного конуса, с большим основанием вверху, меньшим основанием соединенная с цилиндрической частью патрубка. Под вставкой соосно с ней зафиксирована обечайка цилиндроконической формы, нижняя цилиндрическая часть которой наглухо закрыта основанием. Внутри цилиндрической части обечайки расположена газораспределительная решетка полусферической формы, прикрепленная своим краем к нижней части конической боковой поверхности обечайки. В цилиндрической части обечайки и корпуса выполнены отверстия, к которым подсоединены патрубки подвода газа. К нижней части корпуса прикреплен патрубок отвода газа в форме цилиндрического блока с отверстиями в основаниях, внутри которого над отверстием в его нижнем основании закреплен диск. Внешняя сторона основания соединена с циклоном.

Практические испытания модели установки кипящего слоя показали высокую эффективность введенных технических изменений, существенно улучшивших технические возможности предлагаемой установки. Такие технические характеристики расширяют возможности применения установки для сушки гранулированных порошков.

Краткое описание фигур чертежа

Вариант предлагаемой установки кипящего слоя иллюстрируется чертежами, представленными на фигурах 1-5.

На фиг. 1 - представлена установка, вид сбоку;

на фиг. 2 - представлена установка, вид спереди в разрезе А-А по фиг. 1;

на фиг. 3 - представлена установка вид сбоку в разрезе Б-Б по фиг. 2;

на фиг. 4 - представлена установка в разрезе А-А по фиг. 1 в изометрии.

На фиг. 5 - представлена установка вид В

Варианты осуществления изобретения

Установка кипящего слоя содержит корпус 1 цилиндроконической формы. В верхнее основание корпуса 1 вмонтирован загрузочный патрубок 2 цилиндроконической формы. В цилиндрическую часть загрузочного патрубка 2 вмонтирован с возможностью вращения шнековый питатель 3. Внутри корпуса 1 закреплена вставка 4 в виде усеченного конуса, с большим основанием вверху. Меньшее основание вставки 4 соединено с цилиндрической частью патрубка 2. Под вставкой 4 соосно с ней зафиксирована обечайка 5 цилиндроконической формы. Нижняя цилиндрическая часть обечайки 5 наглухо закрыта основанием 6.

Внутри цилиндрической части обечайки 5 расположена газораспределительная решетка 7 полусферической формы, прикрепленная своим краем к нижней части конической боковой поверхности обечайки 5.

В цилиндрической части обечайки 5 и корпуса 1 выполнены отверстия, к которым подсоединены патрубки 8 подвода газа. К нижней части корпуса 1 прикреплен патрубок 9 отвода газа в форме цилиндрического блока с отверстиями в основаниях. Внутри патрубка 9 над отверстием в его нижнем основании закреплен диск 10. Внешняя сторона основания соединена с циклоном 11. Между верхней торцевой поверхностью обечайки 5 и корпуса 1 есть зазор 12 фиг. 2-5.

Установка кипящего слоя работает следующим образом.

Перед началом процесса сушки в загрузочный патрубок 2 засыпают влажный сыпучий материал, который пройдя через патрубок 2 попадает на питатель 3. Включают вентиляторы, подающие в патрубки 8 нагретый газ. В описываемом варианте используют нагретый до температуры +40°С воздух. Через 2-3 минуты система стабилизируется. Начинают вращать шнековый питатель 3, который захватывает влажный материал из патрубка 2 и подает его на газораспределительную решетку 7. Загрузочный патрубок 2 плотно входит в верхнее основание корпуса 1, а шнековый питатель 3 входит в загрузочный патрубок 2 с небольшим зазором для возможности вращения. Материал, засыпанный в патрубок 2 перекрывает зазоры образуя уплотнительный слой. Таким образом, поступающий через патрубки 8 нагретый воздух не проходит в верхнюю часть вставки 4. Образуется «крышка» из материала в патрубке 2, питателя 3 и вставки 4.

Воздух из патрубков 8 поступает в цилиндрическую часть обечайки 5, закручивается в ней и проходит через материал загружаемый на решетку 7 питателем 3 продолжая закручиваться и двигаться между двумя коническими поверхностями вставки 4 и обечайки 5.

Во время работы установки шнековый питатель 3 непрерывно с определенной скоростью вращения подает осушаемый материал из загрузочного патрубка 2 на газораспределительную решетку 7, постоянно заполняя ее и пространство между вставкой 4 и обечайкой 5 в нижней их части. Таким образом часть материала перекрывает проход между поверхностями вставки 4 и обечайки 5. В этом месте образуется кипящий слой. Воздух проходит сквозь этот слой материала и постоянно уносит часть его в верхнюю часть вставки 4 и обечайки 5.

Обечайка 5 и корпус 1 смонтированы таким образом, что между верхним краем обечайки 5 и верхним краем корпуса 1 имеется зазор 12 фиг. 2-5. Через этот зазор 12 воздух вместе с захваченным материалом попадает в коническую часть корпуса 1.

Скорость воздуха в этой части падает и его воздействие на гранулы материала слабеет, поэтому они падают на коническую часть корпуса 1 и далее скапливаются на нижней плоской его части пока не заполнят ее всю фиг. 2, 3, 4.

Далее материал, просушиваясь воздухом и накапливаясь на нижней плоской части корпуса 1 через отверстие в нем, начинает перемещаться под действием силы тяжести и воздуха в патрубок 9 отвода газа скапливаясь на диске 10, который установлен в его нижнем основании, а затем под действием также силы тяжести и движения нагретого воздуха на выход из установки через отверстие в нижнем основании патрубка 9 отвода газа под диском 10. Часть воздуха выходит из установки с пылью через циклон 11. Проходя по циклону воздух с пылью периодически меняет свое направление движения на противоположные проходя вдоль соосных цилиндрических поверхностей и выходит в верхней части циклона 11 в сторону. В результате таких изменений движения пыль теряет скорость и оседает на нижней торцевой части циклона 11.

Предлагаемая конструкция патрубка 9 с установленным в нем диском 10 задерживает материал для эффективного взаимодействия с нагретым воздухом и просушивая его. Он накапливается на диске 10 и просушиваясь заполняет его поверхность начиная перемещаться к выходному отверстию выполненному в нижней части патрубка 9 под действием силы тяжести и далее задерживаясь на плоской части патрубка 9 перед его отверстием выгружается из установки (фиг. 2, 4).

Предлагаемая конструкция позволяет осуществлять сушку гранулированного материала создавая кипящий слой на малой площади, что обеспечивает равномерное распределение материала по всему объему устройства, организацию загрузки влажного материала сверху, а выгрузку сухого материала снизу устройства. Это дополнительно позволяет снизить энергоемкость и эффективность сушки материала нагретым газом.

Происходит последовательное перемещение всего объема материала частями, через сечение созданное коническими поверхностями вставки 4 и обечайки 5, а далее последовательное перемещение материала частями под действием нагретого воздуха и силы тяжести продолжая процесс сушки на всем пути его следования.

Это расширяет технические возможности установки кипящего слоя с удобными в эксплуатации загрузкой и выгрузкой осушаемого материала.

Установка кипящего слоя может снабжаться несколькими патрубками 9 отвода газа для получения нужной степени просушивания материала. Это увеличивает ее эффективность и применимость для сушки различных порошков с разной степенью влажности без существенного изменения ее конструкции.

Промышленная применимость

Наиболее важное применение предлагаемой установки кипящего слоя - это сушка материалов в виде гранул. Предлагаемое изобретение было реализовано описанным здесь способом в виде действующей модели и из известных на сегодняшний день материалов. Проведенные испытания подтвердили работоспособность конструкции установки кипящего слоя и эффективность предлагаемого варианта сушки материала, который осуществляется этой установкой.

Изобретение относится к сушке твёрдых материалов с проникновением газа через просушиваемый материал с его разрыхлением до образования псевдоожиженного слоя. Установка кипящего слоя содержит корпус 1 цилиндроконической формы, в верхнее основание которого вмонтирован загрузочный патрубок 2 цилиндроконической формы. В цилиндрическую часть патрубка 2 вмонтирован с возможностью вращения шнековый питатель 3. Внутри корпуса 1 закреплена вставка 4 в виде усечённого конуса, с большим основанием вверху, меньшим основанием соединённая с цилиндрической частью патрубка 2. Под вставкой 4 соосно с ней зафиксирована обечайка 5 цилиндроконической формы. Нижняя цилиндрическая часть обечайки 5 наглухо закрыта основанием 12. Внутри цилиндрической части обечайки 5 расположена газораспределительная решётка 7 полусферической формы, прикреплённая своим краем к нижней части конической боковой поверхности обечайки 5. В цилиндрической части обечайки 5 и корпуса 1 выполнены отверстия, к которым подсоединены патрубки 8 подвода газа. К нижней части корпуса 1 прикреплён патрубок 9 отвода газа в форме цилиндрического блока с отверстиями в основаниях. Внутри патрубка 9 над отверстием в его нижнем основании закреплён диск 10. Внешняя сторона основания соединена с циклоном 11. Технический результат заключается в равномерном распределении материала по всему объему устройства. 5 ил.

Установка кипящего слоя, содержащая корпус, загрузочный патрубок, обечайку, патрубок подвода газа, патрубок отвода газодисперсной смеси, циклон, отличающаяся тем, что корпус выполнен цилиндроконической формы, в верхнее основание которого вмонтирован загрузочный патрубок цилиндроконической формы, в цилиндрическую часть которого вмонтирован с возможностью вращения шнековый питатель, внутри корпуса закреплена вставка в виде усечённого конуса, с большим основанием вверху, меньшим основанием соединённая с цилиндрической частью патрубка, под вставкой соосно с ней зафиксирована обечайка цилиндроконической формы, нижняя цилиндрическая часть которой наглухо закрыта основанием, внутри цилиндрической части обечайки расположена газораспределительная решётка полусферической формы, прикреплённая своим краем к нижней части конической боковой поверхности обечайки, в цилиндрической части обечайки и корпуса выполнены отверстия, к которым подсоединены патрубки подвода газа, к нижней части корпуса прикреплён патрубок отвода газа в форме цилиндрического блока с отверстиями в основаниях, внутри которого над отверстием в его нижнем основании закреплён диск, внешняя сторона основания соединена с циклоном.