Способ сушки псевдоожижением семян хлопчатника Советский патент 1992 года по МПК F26B3/08 C11B1/02 

Изобретение относится к технике псевдоожижения зернисто-волокнистых материалов и может быть использовано в пищевой и масложировой промышленности в процессах сушки, в частности семян хлопчатника.

Известен классический способ псевдоожижения сыпучих зернистых и порошкооб- разных материалов, при котором псевдоожижение осуществляется за счет подачи под слой материалов ожижающего агента. Данный способ конструктивно прост и аппараты для его осуществления технологичны (Тодес О.М., Цитович О.Б, Аппараты с кипящим слоем. Химия, 1981. с.З4).

Недостатками данного способа являются такие нежелательные явления как кана- лообразование, комкообразование и возникновение застойных зон для случая псевдоожижения, как зернистых материалов, так и дисперсных порошкообразных материалов. Особенно неудовлетворительно ожижаются при данном способе зерни- сто-волокнисть-е матери а1 л ы (ЭВМ).

Известен способ псевдоожижения в аппарате с газораспределительной решеткой путем подачи газа под слой материала с наложением пульсаций на ожижающий

VJ

О CJ 00

ю

00

агент и последующего его вывода из аппарата, причем подачу газа осуществляют непрерывно, а пульсации на сжижающий агент накладывают при выводе газов из аппарата периодически путем открытия клапана в момент достижения рабочего давления в аппарате и закрытия - в момент начала падения давления на дне аппарата (Авт.св. СССР № 1036358, Б.И. 31, 1983 г.).

При закрытом клапане, установленном на выходе газа, за счет непрерывной подачи ожижающего агента (воздух) давление в аппарате повышается и выравнивается. Происходит насыщение материала сжатым газом. Когда давление в пространстве над материалом достигает величины, которая определяется для каждого материала и аппарата экспериментально, клапан открывают. В момент открытия клапана давление в пространстве над материалом начинает падать, что вызывает фильтрацию газа из материала в свободное пространство. Это в свою очередь приводит к возникновению в верхних слоях порошкообразного материала градиента давления, оказывающего силовые воздействия на порошкообразный материал. Как только величина этого градиента превышает допускаемое значение, определяемое физико-механическими свойствами материала, происходит отрыв и рыхление слоя материала, После рыхления верхнего слоя порошкообразного материала градиент давления возникает в нижних слоях, что через некоторое время приводит к отрыву и рыхлению нового слоя материала и так далее до тех пор, пока либо не прекратится процесс падения давления под порошкообразным материалом, либо не- проаэрирует и перейдет в псевдоожижен- ное состояние весь материал.

К недостаткам данного способа псевдоожижения дисперсных, порошкообразных материалов относятся образование застойных зон и канала в нижней части аппарата, которая при наложении пульсаций давлений с определенной частотой приводит к уплотнению слоя материала. Использование в процессе псевдоожижения пульсаций требует установки на аппарате кипящего слоя электромагнитного клапана, системы управления давлением под слоем и в верхней части аппарата. Следует отметить, что при низких скоростях будет происходить захлебывание с последующим полным прекращением псевдоожижения сыпучих материалов. Применение данного способа псевдоожижения для ожижения зернисто- волокнистых материалов невозможно из-за больших сил сцепления между частицами, чем для сыпучих материалов. Кроме того,

аппарат, работающий на данном принципе псевдоожижения, будет находиться постоянно под давлением, что требует дополнительных затрат на его уплотнение.

Наиболее близким по техническому решению к заявляемому изобретению является способ получения однородного псевдоожиженного слоя в аппарате с газораспределительной решеткой путем подачи

локальных струй в псевдоожиженный слой (А,С. №298366, 1971, Б.И. № 11).

Процесс осуществления при соблюдении соотношения длины струи к рабочей высоте слоя, равного 0,6-1,1. Опытная установка для осуществления способа представляет собой аппарат из органического стекла диаметром 125 мм с перфорированной решеткой живого сечения 6,7%. В центре решетки устанавливают сменное сопло

диаметром 2-10 мм, через которое подается струя воздуха раздельно от подачи воздуха на псевдоожижение. Расход воздуха на струю превышает на 5-14% от расхода воздуха, необходимого для псевдоожижения.

При подаче по центру аппарата одиночной струи воздуха начального радиуса 5 мм со скоростью 30 м/с (без отключения подачи воздуха под решетку аппарата на псевдоожижение) неоднородное псевдоожижение

переходит атипичное однородное: исчезает проскок газовых пузырей и пульсации давления в слое, появляется стабильная верхняя граница слоя и прекращается выброс частиц в сепарационное пространство.

Недостаток данного способа состоит в

том, что в этом способе псевдоожижения наряду с общим потоком воздуха под слой материала подается воздух через сопло в виде струи. Следовательно, возрастает расход ожижающего агента в 2 и более раза, т.к. гомогенизирующие воздействия струи достигаются при величине соотношения секундного расхода избытка газа в слое сверх необходимого для начала псевдоожижения

(ДО) к начальной массе струи или струй (Qc) n AQ/Qc 2,0.

Известен способ псевдоожижения слипающихся материалов путем нанесения на эти материалы волокон углеродистого материала, Диаметр которых лежит в пределах от 0,01 до 1 мкм, а отношение длины к диаметру лежит в пределах от 5:1 до 1000:1 (Патент США N° 4583299, 1986г.),

Волокнистый углеродный материал может использоваться для облегчения формирования кипящего слоя из слипающихся порошков. Примерами таких слипающихся порошков являются кизельгур, окись железа, а также глинозем. Нормальный кипящий

слой получить из этих порошков исключительно трудно; в порошке оказываются отдельные каналы и газ проходит по ним напрямую от газораспределительного устройства к поверхности слоя. Считается, что эти порошки проявляют склонность к слипанию из-за того, что силы взаимодействия между частицами больше тех сил, с которыми на частицы действует газ, используемый для формирования кипящего слоя.

При использовании данного способа псевдоожижения со слипающимися порошками отношение массы волокнистого углеродистого материала к массе порошка лежит в пределах от 1:9 до 4:1. В качестве сжижающего агента используется газообразный азот и пропускается он через перфорированную решетку со слоем материала в аппарате кипящего слоя с размерами поперечного сечения 50 х 1,6 см и высотой 180 см.

При кажущихся скоростях от 12 до 30 см/с кипящий слой удалось получить для многих материалов.

Смешивание сжижаемого материала волокнистым углеродистым материалом производилось влажным способом, т.е. оба вещества смешивались в воде, после чего избыточная вода отцеживалась через фильтровальную бумагу, полученная смесь высу- шивалась в печи при температуре 100°С, а конечная спекшаяся масса измельчалась в ступке, Полученные смеси образовывали кипящий слой исключительно высокого качества.

Таким образом, волокнистый углеродный материал является эффективным средством помощи в формировании кипящего слоя. Он может использоваться для формирования кипящего слоя из слипающихся ма- териалов без значительного уноса при высоких скоростях газа без существенного пузырения.

Данный способ псевдоожижения слипающихся материалов в смешанном кипя- щем слое эффективен для слипающихся материалов от 0,1 до 120 мкм, плотностью частиц от 0,1 до 4 г/см3 и включает две стадии:

а)смешивание слипающегося материа- ла с волокнистым углеродным материалом;

б)пропускание газа через смесь слипающегося и волокнистого углеродного материала при скорости, достаточной для псевдоожижения слипающегося и волокни- стого углеродного материала.

Недостатки данного способа псевдоожижения в следующем: процесс псевдоожижения проходит г две стадии; нельзя данный способ применять для частиц, размерами отличающихся от приведенных в данном патенте; использование дополнительно волокнистого углеродистого материала ведет к удорожанию процесса псевдоожижения.

Целью данного изобретения являются снижение расхода псевдоожижающего агента при одновременном повышении надежности процесса сушки.

Поставленная цель достигается тем, что под слой подается воздух из воздухопровода общего потока при числах псевдоожижения Kw $ 1 (число псевдоожижения зависит от степени волокнистости зернисто-волок- нистого материала), что приводит к расширению слоя ЭВМ до Н/Но 1,1-1,8 относительно начальной засыпки слоя материала. Затем в расширившийся слой ЭВМ подается с определенной скоростью дополнительная струя Wcr в соотношении к скорости воздуха общего потока Won равный Wcr/Won 5-30 и процесс псевдоожижения ведут при числах псевдоожижения Kw 0,86-1,4. Таким образом, предлагаемый способ псевдоожижения отличается от прототипа моментом ввода струй в слой материала и рабочими скоростями ожижающего агента. Введение струй в расширившийся слой позволяет решить сразу 2 задачи; перевод слоя в псевдоожиженное состояние и его гомогенизацию при Kw 0,86-1,4. Причем достигается это меньшим количеством ожижающего агента. Экономия по расходу ожижающего агента составляет около 25- 30%.

Использование плоской струи определяется специфическими свойствами зерни- сто-волокнистых материалов, а именно значительными силами сцепления между частицами из-за волокнистости их поверхности; наличие волокнистости материалов позволяет получить расширение слоя (увеличение его объема или высоты) в 1,8 раза без его перевода в псевдоожиженное состояние, т.е. при числах псевдоожижения Kw 1, а слой материала при этом остается неподвижным. Если подавать струи одновременно с подачей газа под решетку аппарата без его предварительного расширения, также можно получить равномерное псевдоожижение и структуру слоя, не имеющего склонность к образованию застойных зон. Следует отметить, что использование плоской, щелевой струи позволяет получить интенсивно перемешиваемый, легко управляемый слой, относительное расширение которого (к начальной высоте слоя) составляет Н/Но 1,0-3,1. Наряду с этим уменьшается гидравлическое сопротивление слоя ЭВМ по сравнению с псевдоожижением зернистых материалов другими способами на 7-15%.

П р и м е р 1. На газораспределительную решетку укладывают слой семян хлопчатни- ка опушенностью 6% с начальной высотой слоя 0,15 м, высота щели 0,15 м, ширина щели - 0,003 м, Через газораспределительную решетку с живым сечением 3,75% подается основной поток ожижающего агента (воздуха) со скоростью Won 1,6 м/с, а через имеющиеся по бокам сопла в виде щелей - дополнительный поток воздуха со скоростью WCT 6,4 м/с, т.е. Wet/Won 4. Так как струя вводится одновременно с основным потоком, то в момент ввода струи Н/Но 1. Эффективная скорость, т.е. расход струи плюс расход общего потока, отнесенная ко всему сечению аппарата, равна А/Эф 1,54 м/с, а число псевдоожижения - Kw 0,8, Наблюдаемая картина слоя зернисто-волок- нистого материала следующая: неравномерное псевдоожижение с образованием центрального канала по месту ввода струи и застойных зон у стенок аппарата. Парамет- ры слоя при этом: относительное расширение Н/Но 1,5, порозность Е 0,57.

П р и м е р 2. Условия проведения опыта аналогичны условиям примера 1. Скорость струи WCT 8 м/с, т.е. WCT/W0n 5, Kw 0,86. Струя вводится при расширении слоя материала Н/Но- 1,1. Наблюдается картина замедленного кипения у стенок аппарата, но без постоянных застойных, зон, а в центре аппарата более интенсивное псевдоожиже- ние. При этом Н/Но 1,9: Е 0,65.

П р и м е р 3. Условия проведения опыта аналогичны условиям примера 1. Скорость

струи - Wcr 27,2 м/с, Wcr/Won 17, Kw - 1,16, Струя вводится в момент достижения расширения слоя зернисто-волокнистого материала Н/Но 1.5. Наблюдается активное, равномерное псевдоожижение по всему сечению аппарата, слой материала интенсивно перемешивается, а застойных зон и каналообразование не наблюдается. При этом Н/Но 2,6; Е 0,77.

П р и м е р 4, Условия проведения опыта аналогичны условиям примера 1. Скорость струи Wcr 48 м/с, Wcr/Won 30, Kw 1,4. Струя через щели РВОДИТСЯ при расширении слоя материала при Н/Но 1,8. Наблюдается активное псевдоожижение с тенденцией уноса части материала, а в нижних слоях близких к решетке образование каналов. При этом Н/Но 3,1; Е 0,81.

Формула изобретения Способ сушки псевдоожижением семян хлопчатника, включающий подачу основными и дополнительными струями псевдоожи- жающего агента под слой семян хлопчатника, размещенный на газораспределительной решетке, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода псевдо- ожижающего агента при одновременном повышении надежности процесса сушки, подачу дополнительных струй псевдоожи- жающего агента осуществляют при достижении отношения высоты расширившегося слоя к его начальной высоте 1,1-1,8 посредством расположенных над газораспределительной решеткой щелевых сопел при отношении скорости дополнительных струй к скорости основных 5-30. после чего процесс сушки ведут при числе псевдоожижения 0,86-1,4.

Использование: изобретение относится к технике сушки и может быть использовано преимущественно в масложировой промышленности для сушки опушенных семян, а также других зернисто-волокнистых материалов. Сущность изобретения: под слой подается воздух из воздухопровода общего потока при числах псевдоожижения К« Ј 1, что приводит к расширению слоя зернисто- волокнистого материала до Н/Но 1,1-1,8 относительно начальной засыпки слоя материала. Затем в расширившийся слой зерни- сто-волокнистого материала подается струя в соотношении к скорости воздуха общего потока Wcr/Won 5-30 и процесс псевдоожижения ведут при числах псевдоожижения Kw 0,86-1,4. Введение струй в расширившийся слой позволяет осуществить псевдоожижение зернисто-волокни- стого материала и его гомогенизацию. Причем достигается это меньшим количеством ожижающего агента. Экономия по расходу сжижающего агента составляет 25-30%.