Ротационный воздухораспределитель для обработки слабо сыпучих материалов в псевдоожиженном слое Советский патент 1983 года по МПК F26B17/10 

Неизменное уДельное распределение воздуха, отнесенное к радиусу напольной части, и эквивалентное распределение воздуха, отнесенное к площади напольной части, может быть достигнуто путем расположения шлицов с одинакозой шириной или отверстий с одинаковым диаметром, или же расположения расширяющегося к периферии шлица или отверстий с увеличенным диаметром на воздухораспределительной трубке в

радиальном направлении.

Однако описанное в DD-PS103 460 приспособление для распределения воздуха имеет в принципе целью точное распределение псевдоожиженного-слоя.

Независимо от намечаемого распределения воздуха всегда возникает уже описанное (Chem. Tech. 22, 1970, 3, с. 140-144) падение плотности и постоянно циркулирующий, псевдоожиженный слой. Отсюда очевидно, что описанные меры по распределению воздуха эффективны только в ограниченной степени . Перепад плотности и постоянно циркулирующий псевдоожиженный слой возникают потому, что оканчивающиеся у распределительной головки распределительные трубки имеют здесь наименьшую окружную скорость. Поэтому внутренние активные части распределительных трубок объединяются и действуют как один стационарно уставовленн.ый воздушный канал.

Если.аппаратура с псевдоожиженным слоем с описанным распределением воздуха работает со сравнительно высокой скоростью ожижающего воздуха, то качество псевдоожиженного слоя резко ухудшается. Образуется фонтанирующий слой с пневматически подающим выпускным каналом. При переходе от циркулирующего псевдоожиженного слоя к фонтанирующему слою вынос скачкообразно возрастает, повышение скорости ожижающего воздуха не приводит к экБивалентному повышению теплопередачи между поверхностью теплообмена и слоем. Фонтанирующий слой характеризуется далее экстремальными, перепадами плотности, из-за чего расположенные в фонтанирующем слое встроенные детали, такие, например, как нагревательные или холодильные трубки, могут нарушать его до такой степени,-что циркуляция будет парализована, и нетермостойкие материалы могут спекаться и возгораться.

Другой недостаток заключается в том, что относительно малые сечения выходных отверстий склонны к быстрому засорению..

Цель изобретения состоит в расширении области применения обработки сыпучих материалов в псевдоожиженном слое, обеспечении надежного иепользования внутренних нагревательных или

охлаждающих поверхностей и улучшении их действенности, а также в повышении технико-экономической эффективности решаемой технологической задачи с меньшими энергетическими и техническими затратами.

В основе изобретения лежит задача создать ротационный воздухораспределитель , с помощью которого удалось бы так улучшить распределение и ввод потока воздуха, чтобы эффективно исключить взаимное влияние и совместно воздействие воздушных выходных отверстий в качестве причины образования стационарно циркулирующих псевдоожиженных слоев и фонтанирующих слоев эффективным образом.

Согласно изобретению задача решается тем, что располагается несколько радиально направленных воздухораспределительных трубок, каждая из которых имеет выходное отверстие для частичного потока воздуха, различные перекрывающиеся делительные окружности которых имеют эквивалентные радиусы от 0,5 до 1г, преимущественно от 0,6 до 0,9г,при этом межцентровое расстояние ся двух соседних выходных отверстий выбрано согласно соотношения

т / /1 д

« 0,5d ,

причем коэффициент к удовлетворяет соотношению 5 4 К 16,

где ct - межцентровое расстояние двух соседних выхлопных отверстий для воздуха, м;

К - коэффициент распространения воздушных струй;

А - общая площадь выходных отверстий для воздуха,

п- - количество выходных отверстий для воздуха или воздухораспределительных трубок;

61 - диаметр площади основания

аппаратуры с псевдоожиженным слоем, м.

Коэффициент К может принимать значение от 5 до 16 и зависит, помимо прочего, от выходной скорости частичного потока воздуха, высоты псевдоожиженного слоя и гидродинамики псевдоожиженного слоя.

Расположение всех выходных отверстий для воздуха на воздухораспределительном устройстве характеризуется далее эквивалентным радиусом Он определяется как сумма расстояний выходных отверстий дця воздуха от центра, деленная на количество воздухораспределительных элементов. Эквивалентный радиус расположения воздухораспределительных элементов по спирали Архимеда составляет приблизительно 0,5 г и представляет собой приблизительно установленную, согласно изобретению, нижнюю границу.среднего удаления всех выходных отверстий для воздуха от центра вращения воздухораспределительного устройства Верхняя 1Т1аница эквивалентного ра диуса составляет 1г , предпочтительная область лежит между 0,6 и 0,9 г. Длина воздухораспределительных элементов устанавливается путем опре деления расстояния выходных отверсти для воздуха от центра вращения воздухораспределительного устройства. Удачным оказывается расположение на 1 м основания от 4 до 55 частичных выходных отверстий. Согласно одному из вариантов осуществления общая площадь выходных отверстий для частичных потоков воздуха принята 0,005 м на 1 м основа ния и 0,004 м на 1 м основания. С увеличением радиуса удельное ко личество выходных отверстий на 1 м основания аппаратуры с псевдоожиженным слоем может быть значительно сни жено, так что удельное количество вы ходных отверстий находится приблизительно в обратной пропорциональной зависимости от диаметра аппаратуры. Это соответствует живому сечению сита всего лишь от 0,5 до 4%, благодаря чему существенно облегчается распределение необходимого количества воздуха по сравнению с применявши мися до сих пор устройствами с псевдоожиженным слоем. Целесообразно применять скорости частичных потоков воздуха из выходных отверстий между 20 и 100 м/с. Для большого числа слабо сыпучих материалов необходима скорость от 35 до 80 м/с. Это соответствует скорости воздуха в исходной точке воздуш ной струи, которая в 5-200 раз выше скорости взвешивания отдельного зерна. В соответствии с одним из вариантов осуществления окружная скорость вращающегося воздухораспределителя предусмотрена от 0,3 до б /с. При ожижении чрезвычайно тонкопорошковых материалов предпочитаются высокие выходные скорости воздух С помощью воздухораспределителя, согласно изобретению, ожижающий агент разлагается на ограниченное число отдельных потоков, и каждый и этих отдельных потоков вводится лок лизовано в данный момент времени. Отдельные потоки заполняют с ограни чением по времени и месту ожижаемый материал. Таким образом, создается определенное количество дискретных циркуляционных слоев, соответствующее количеству отдельных воздушных потоко Они существуют благодаря вращательному движению воздухораспределителя относительно неподвижной точки основания аппаратуры с псевдоожиженным слоем лишь кратковременно, т.е. на каждом радиусе, отнесенном к выходному отверстию воздухораспределителя, постоянно образуются дискретные циркуляционные слои. Возникающие на каждом радиусе дискретные циркуляционные слои образуют в вертикальном направлении полый цилиндр , толщина стенки которого приблизительно соответствует мгновенной зоне действия выходного отверстия частичного воздушного потока вблизи дна. Поскольку мгновенные зоны действия отдельных воздушных потоков не проникают друг в друга, образуется, исходя из каждого выходного отверстия, дискретный, типичный для циркуляционного слоя перепад плотности. Благодаря ему в рамках дискретного циркуляционного слоя создается циркуляционное движение. Вследствие изменения места расположения выходных отверстий вдоль окружности, отнесенного к выходному отверстию частного радиуса, постоянно возникает новый дискретный циркуляционный слой в действующем кольце делительной окружности. Ожижающий воздух воздействует, таким образом, всегда на области с зернами, имеющими тенденцию к падению. Ускоряющие силы, обусловленные ограничением по месту выходящим воздухом, компенсируются при этом в направлении движения мест выхода частичных потоков воздуха нисходящим потоком продукта, нисходящая тенденция потока продукта на время действия ожижающего воздуха превращается в восходящую и достигается интенсивное псевдоожижение с постоянно меняющимся главным направлением .обмена. Ожижающий воздух подается тонкой струей под прямом углом или под углом до 30 к днищу резервуара. При встрече воздушной струи с. днищем резервуара он широко разворачивается в виде веера. Отражается и отклоняется. При этом воздух переметаивается с находящимся в аппарате сыпучим материалом и образует в вертикальном направлении уже описанный дискретный циркуляционный слой. Зона воздействия воздушной струи приблизительно идентична зоне отражения. Поскольку решение, согласно изобретению, является гибким, путем его применения можно решить большое количество технических задач. Большая гибкость достигается путем выбора окружной скорости воздухораспределителя, заданием размеров выходных мест частичных потоков воздуха и скорости истечения воздуха. В зависимости от того, как выбраны окружная скорость воздухораспределителя, расположение мест выхода во духа по отношению друг к другу, а также размеры мест выхода воздуха н воздухораспределительных элементах, получ-ается характерная форма псевдо ожиженного слоя. Так, например, путем изменения о ружной скорости воздухораспределител можно оказывать влияние на формиров ние вихревого слоя. При низкой окружной скорости исходящие из воздушных выходных отверс тий дискретные циркуляционные слои проникают до поверхности слоя. Псевдоожиженный слой характеризуется сильным вертикальным перемешиванием При более высоких окружных скорос тях ускоряющие силы выходящего из от дельных отверстий ожижающего воздуха компенсируются уже в нижних зонах псевдоожиженного слоя, так что этот слой при прочих равных условиях характеризуется спокойным кипением. На фиг.1 изображена комплектная аппаратура с псевдоожиженным слоем с воздухораспределителем; на фиг.2 донная часть с воздухораспределителем; на фиг.З - вариант исполнения воздухораспределителя с донной частью; на фиг.4 - аппаратура с псевдоожиженным слоем со встроенными узлами , вид спереди. Аппаратура с псевдоожиженным слоем в комплекте состоит из цилиндрического корпуса с оболочкой 1 и дон;Ной плиты 2, а также впускного и выпускного штуцеров (фиг.1). Под донно плитой 2 расположен воздушный короб 7. Внутри корпуса на донной плите 2 предусмотрена распределительная головка 4 вращающаяся на валу 3. Распределительная головка 4 несет горизонтально расположенные воздухораспределительные трубки 5 с отверстиями выхода воздуха б. Фиг.2 и 3 показывают размещение воздухораспределителя на донной плите 2. В этом изображении показано межцентровое расстояние d двух сосед них выпускных отверстий б и ширина В кругового кольца. Фиг.4 показывает вариант исполнения сушилки. Существенными элементами этой сушилки являются донная плита 2, согласно фиг.З, обогреваемый ДВОЙНОЙ кожух, обогреваемый внутренний теплообменник, лежащие над псевдоожиженным слоем устройство подачи продукта и устройство выноса продукта. Ожижающий воздух обеспыливается в циклоне, а подлежащий возврату мате-: риал через лопастной шлюзовой затвор .или другой подобный запорный орган возвращается- обратно. Пример 1. Смешивание молото го сухого пищевого картофеля с карто фельным крахмалом и пищевой поваренной солью. В аппаратуру с псевдоожиженным слоем с диаметром 1,2 м загружаются 962 кг молотого сухого пищевого картофеля, 273 кг стандартного картофельного крахмала и 65 кг пищевой поваренной соли. Уже во время заправки через воздухораспределитель с 8 отдельными трубками вращающийся со скоростью 60 об/мин подается ожижающий воздух. Скорость ожижающего воздуха составляет 0,32 м/с. Смесь по окончании загрузки практически является гомогенной . Процесс перемешивания заканчивается по истечении дополнительных 20 с для обеспечения надежности. Обработка материала с влажной поверхностью также не связана с затруднениями. Комки материала очень быстро разбиваются циркулирующими по круго- . вой орбите дискретными циркуляционными слоями, и материал с влажной поверхностью интенсивно перемешивается с имеющимся материалом. Такая обработка описана в следующем примере. Пример 2. Изготовление экстрагированной мочевинной свекловичной стружки. В аппаратуру согласно примеру 1 в псевдоожиженную со скоростью ожижающего воздуха 1 м/с экстрагируемую свекловичную ютружку подается 20%-ный водный раствор мочевины, в соответствии с имеющимся количеством. Диаметр частиц экстрагируемой свекЛОВИЧНОЙ стружки лежит между 0,1-4 мм. Несмотря на большие различия в размерах частиц и относительно высокое содержание воды слой не регрессирует. Кроме того, возможно монтировать в псевдоожиженном слое сложные встроенные элементы, например, трубы, не нарушая качества этого слоя. В процессах сушки благодаря этому соотношение между конвективным и контактным теплом может быть сдвинуто в пользу контактного тепла. Ожижающий воздух в этом случае наряду с достижением желаемой гидродинамики имеет еще задачу удалять влагу, выделяющуюся в процессе сушки. Потери тепла тем самым снижаются. Особенно благоприятно сказывается нижение трудностей ограничения псевоожиженного слоя при работе с инертыми газами или перегретыми парами астворителей. Пример 3. Сушка стандартноо картофельного крахмала в гигрокопической области. Устройство можно применять с хоошими результатами для сушки станартного картофельного крахмала в игроскопической области. Для этого непрерывно загружают 5,625 кг/ч стандартного картофельного крахмала с исходным содержанием влаги ,25 кг Н2О/кг крахмала и исходной температурой 20°С. Поток ожижающего воздуха с помощью воздухо распределителя, вращающегося со ско;ррстью 40 об/мин, грубо подразделяется на б отдельных воздушных потоков. Скорость ожижающего воздуха сос тавляет 0,73 м/с, а свободное пространство над вихревым слоем (сепараци онное пространство) - 1,1 высоты псевдоожиженного слоя. В качестве теплоносителя служит пар с температурой . Сумма всех непосредственно соприкасающихся с псевдоожиженным слоем периферийных и внутренних площадей нагрева составляет 18,7 м . Загруженный материал удаляется из аппаратуры с температурой 100 С и практически обезвожен. Созданный тепловой поток характеризуется коэффициентом теплоотдачи ккал/м На килограмм испаренной воды расходу ется 887 ккал. Формула изобретения 1. Ротационный воздухораспределитель для обработки слабо сыпучих материалов в псевдоожиженном слое,о тличающийся тем, что расположено несколько радиально направлен ных воздухораспределительных трубок, каждая из которых имеет выходное отверстие для частичных воздушных пото ков, различные перекрывающиеся делительные окружности которых имеют экБивалентные радиусы от 0,5 до 1г, преимущественно от 0,6 до 0,9 г, при этом межцентровое расстояние а двух соседних выходных отверстий выбрано согласно соотношению причем коэффициент удовлетворяет соотношению 5 К 16, где а - межцентровое расстояние двух соседних выходных отверстий для воздуха, м, К. - коэффициент распростракения воздушных струй; А - общая площадь выходных отверстий для воздуха, ,п - количество выходных отверстий для воздуха или воздухораспределительных трубок; «3 - диаметр пло.щади основания аппаратуры, с псевдоожиженным слоем, м. 2.Воздухораспределитель по п.1, отличающийся тем, что на 1 м основания приходится от 4 до 55 выходных отверстий для частичных воз душ ных потоков. 3.Воздухораспределитель по пп.1 и2, отличающийся тем, что общая площадь выходных отверстий составляет 0,005 м на 1 м основания и 0,004 м на 1 м основсшия. 4.Воздухораспределитель по пп.1-3, отличающийся тем, что количество мест выхода частичных воздушных потоков приблизительно пропорционально рсщиусу воздухораспределительного устройства. Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Германской Демократической Республики.

. Недостатком при этом является сложное устройство для прерывистой подачи воздуха, который, кроме того, вводится все время в одном месте. 20 Если необходимо реализовать более высокие скорости ожижающего воздуха, то система подачи и распределения воздуха становится еще более сложной. В DD-PS103 460 описывается устрой-25 ство для псевдоожиженид стандартного крахмала без вспомогательных ожижающих средств. Стандартный крахмал образует такие слабо сыпучие груды, для которых гомогенное псевдоожиже- ЗО СЛОЕ ние обычными способами не представляется возможным. Согласно DD-PS103 460 ожижающий воздух вдувается в сыпучий материал с помощью ротационного напольного воздухораспределителя. Последний состоит из воздушного короба, распределительной головки с уплотнениями и некоторого количества, распределительных трубок, а также связанного с распределительной головкой приводного вала, через который приводится от двигателя воздухораспределительное устройство. Распределительная головка располагается в центре напольной части устройства. Распределительные трубки доходят до внутренней стенки цилиндрической части аппаратуры с псевдоожижеиным слоем. Каждая отдельная распределительная трубка снабжена по всей длине продольным шлицом или большим количеством мелких, плотно прилегающих друг к другу отверстий, через которые завихренный воздухпоступает в сыпучий материал. Благодаря- этому активная часть распределительной трубки при одном обороте воздухораспределителя обходит всю поверхность пола аппаратуры с псевдоожиженным слоем. ольф, Фишер Хорст, Фрейе ФФБ Цукер-унд Стэркеин Иностранцы и Лейсснер Март (ГДР) Иностранное предпри (ГДР)