Сушильная камера для дисперсных материалов Советский патент 1981 года по МПК F26B17/10 F26B3/12 

(54) СУШИЛЬНАЯ КАМЕРА ДЛЯ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к распылительной сушке тонкодисперсных суспензий, применяв мой в металлургической и химической промышленностях, и может быть использовано в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности, где применима распылительная сушка.

Известна камера для суижи дисперсных материалов, содержащая устройство для ввода газообразного сушильного агента, выполненное в виде горизонтального короба переменного по вьгсоте сечения с решетчатым днищем, и примыкающие к нему конусообразные насадки, образующие кольцевой зазор для прохода центрального потока сушильного агента с установленными в нем направляющими поворотными лопатками 1.

Недостатком этой камеры является сложное конструктивное оформление устройства для ввода сушильного агента, что вызывает увеличение гидравлического сопротивления и создает значительную неравномерность распределения потока сушильного агента в камере.

Известна также камера, в которой сушка осуществляется в тангенциально закрученном потоке теплоносителя, содержащая патрубки для тангенциального ввода теплоносителя и устройства для его осевой закрутки, полукруглый торцовой канал, конусный дефлектор, распылитель и иахрубок для вывода теплоносителя 2.

Эта камера обладает значительной неравномерностью продольной составляющей скорос10ти потока газа в поперечном сечении камеры, что в конечном счете приводит к неравномерности сушки различных объемов материала. Кроме того, эта неравномерность приводит к возникновению в сушильной каtsмере возвратных токов, что вызывает перегрев высушиваемого материала, ухудшение качества сушки и увеличение энергозатрат.

Известна также вихревая сушилка, содержащая вертикальную цилиндрическую камеру

20 и тангенциальные сопла для ввода теплоносителя, расположенные на разной высоте и закручивающие потоки в противоположных направлениях 3. Недостатком этой суишлки является натшчие в камере возвратных токов, привол;яших к недопустимому перегреву термочувствительных материалов при повышенных температурах сушильного агента, вызванных необходимостью повышения производательности сушильной установки. Известна также распылительная суишлка, содержащая цилиндрическую камеру с соплами для ввода теплоносителя, расположенными рядами по высоте камеры и направленными в смежных рядах в противоположные стороны, осевую трубу для нвода теплоносителя, расположенную по оси камеры ниже сопел, и .форсунку, причем сопла нижераспо ложенного ряда размещены от форсунки на расстоянии (0,15-0,25) D (D - диаметр камеры) с наклоном в сторону форсунки под регулируемым утлом к горизонтальной плоскости до 40° 4. Эта сзтиилка также обладает недостатком, заключающимся в наличии возвратных токов и в повышенном гидравлическом сопротивлении камеры, что снижает эффективность сушки. Наиболее близкой к изобретению является сушильная камера для дисперсных материалов, содержащая газонодводящий короб в вер5сней части с сонлами для выхода нагретых газов, установленными хордально. Хордальная подача нагретых газов осущест вляется при а 0,,5 (а -- где а - хордальность, п1сленно равная отношению радиуса условной окружности Гус к радлусу камеры R. За условную окружность принята такая окрзгжность, центр которой расположен на оси камеры, а осевые линии сопел являются к ней касательными. Газ, введенный хордально, образует вихрь, имею-щий вид полого усечеьшого конуса с расширением вниз, и локализуется в основном в этом вихре. За пределами вихря продольная составляющая скорости газа по мере приближения к стенке камеры плавно уменьшается до нуля. Внутри вихря продольная составляющая скорости по мере приближения к оси камеры уменьшается и принимает отри цательные значения, т.е. возникает возвратный ток газа. Неравномерность характерна для верхней сопловой зоны камеры, а на достаточном удалении от нее вихрь размьгеается, интенсив ность его вращения уменьшается и. как след ствие, зона возвратных токов исчезает. При хордальной подаче нагретых газов, по срав . нению с тангенциальной подачей, в результате пер мещения зоны наибольшей интенсивности вращения потока ближе к оси камеры уменьшается протяженность зоны возвратных токов. Т.е. несколько повышается равномерность распределения продольных составляющих скорости потока 5. Однако полностью такая неравномерность не устраняется и приводит к хому, что плот ность теплового потока, необходимая для сушки материала, наблюдается в пределах лишь незначительной площади поперечного сечения верхней половины камеры, а именно в промежуточной зоне между пристеночной и осевой областями камеры. Остальная же площадь поперечного :жчения камеры для сушки почти не используется, следствием чего является, во-первых,-неравномерность сушки в объеме камеры, а во-вторых, низкая напряженность объема камеры по удаляемой влаге, что характеризует данную камеру, как малоэффективную. Кроме того, неравномерность потока теплоносителя обуславливает наличие приосевой зоны возвратных токов в верхней сопловой части камеры, которые приводят к недопустимому перегреву термолабильиых материалов Эти недостатки приобретают особую значимость по мере увеличения единичной мощности сушильных агрегатов, т.е. оьш наиболее существенны для агрегатов с камерой большого диаметра, где неравномерность потоков становится особенно заметной. Цель изобретения заключается в интенсификации тепломассообмена путем повышения равномерности распределения продольной составляющей скорости газов в поперечном сеченни камеры, Поставленная цель достигается тем, что в камере на уровне сопел в плоскостях, параллельных ее оси, на расстоя1ши от нее установлены лопатки, наклоненные навстречу потоку выходящих из сопел газов. При этом лопатки могут быть установлены с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной оси камеры, и с возможностью перемещения вдоль ее оси. Причем, а - хордальность сопел, R - радиус камеры. Оснащение камеры лопатками дает возможность управления газовым потоком, с целью равномерного его распределения в поперечном Сечении камеры и лучшей, но сравне1шю с известными камерами, организации режима сушки. Параллельность лопаток оси камеры позволяет управлять вращательной составляющей газового потока, от которой зависит распределение тепловых потоков в попе, ечном сечении камеры., Установка лопаток на уровне сопел обеспечивает эффективное управление газовым потоком непосредственно в зоне формирования

вихря и способствует выбору наилучшего режима течения в объеме всей камеры.

Установка -лопаток на расстоянии от оси камеры создает условия для управления вихревым газовым потоком в зоне его наибольшей интенсивности и обеспечивает наибольшую эффективность этого управления, что позволяет достигать большей равномерности потока теплоносителя в поперечном сечении камеры.

Поворот лопаток навстречу потоку газа позволяет направить часть его в приосевую область течения и образовать в этой зоне вихрь с радиусом крутки, меньшим радиуса основного вихря.

Такой вихрь способствует быстрому размыванию основного вихря в поперечном сечении камеры, а также при взаимодействии с последним усиливает общую турбулентность потока. Это, с одной стороны, повышает равномерность сушки материааа вследствие обеспечения равномерности распределения продольной составляюшей скорости потока в поперечном сечении камеры и, с другой, интенсифицирует тепломассообмен между материалом и теплоносителем.

Установка лопаток с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной оси камеры, позволяет выбрать радиус дополнительного вихря, отвечающий наилучшему для данных условий режиму сушки, когда зона возвратных токов минимальна.

Установка лопаток с возможностью перемещения вдоль оси камеры позволяет вь1брать оптимальное для данной конструкции камеры соотношение расходов газа в основном и дополнительном вихре в соответствии с требованием достижения наиболее равномерного распределения продольной составляющей скорости потока газа в поперечном сечении камеры.

На фиг. 1 схематически показана предлагаемая камера; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Сушильная камера 1 содержит патрубок 2 для ввода нагретых газов, газоподводящий короб 3 с хордально установленными соплами 4 для выхода нагретых газов в объем камеры, систему 5 отсоса и направляющую трубу 6, через которую в камеру введено распыливающее устройство 7. Лопатки 8, служащие для отвода части потока нагретых газов в приосевую область камеры, расположены на уровне сопел 4 в плоскостях, парал лельных оси камеры и скреплены с опорной пластиной 9 посредством фиксаторов 10, ослабление которых обеспечивает возможность поворота лопаток вокруг своей оси на необходимый угол. Труба 11, жестко скрепленная с опорной пластиной 9, установлена с возможностью свободного перемещения по направляющей трубе 6,для поднятия или опуо кания лопаток 8 относительно сопел 4. Позициями 12 и 13 изображены условные окружности, а позициями 14 и 15 - винтовые линии перемещения вихрей. При проведении процесса сушки пульпу направляют в объем камеры в диспергированном состоянии, с применением для диспергирования распыливающего устройства 7, работа которого основана на использовании энергии сжатого воздуха.

Нагретые газы через патрубок 2 подают в короб 3 ц далее через сопла 4 в объем камеры 1. Газы перемещаются вдоль осевых линий сопел 4, являющихся касательными к условной окружности 12, и формируют в объеме камеры основной вихрь, диаметр которого равен диаметру условной окружности 12. Основной вихрь перемещается вдоль камеры по винтовой линии 14, прстспеннно расходящейся под действием центробежных сил.

Часть потока от основного вихря отбирается лопатками 8 и направляется на меньший радиус вращения с образованием дополнительного вихря, диаметр которого равен дааметру условной окружности 13. Дополнительный вихрь перемещается вдоль камеры по винтовой линии 15, также постепенно расходящейся за счет центробежных сил.

Отработанные газы чер1.з систему 5 отсоса выбрасываются в атмосферу.

Расход газа в дополнительном вихре устанавливается меньшим, чем в основном вихре. Это обусловлено тем, что, приосевая зона занимает значительно меньщую площадь поперечного сечения камеры, чем периферийная зона.

Установка лопаток на уровне сопел на расстоянии h аЯ от оси камеры параллельно ее оси с поворотом лопаток навстречу потоку газа и с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной оси камеры, а также с возможнос.ью перемещения вдоль оси камеры позволяет добиться равномерности распределения продольной составляющей скорости газа в поперешом сечении камеры, исключить зону возвратных токов, использовать эффективно объем камеры для сушки, повысить температуру нагретых газов, увеличить КПД, при этом подобрать максимально возможную крутку потока, при которой не наблюдается налипание материала на стенки камеры..

Формирование дополнительного вихря позволяет увеличивать полезнуто площадь поперечного сечения сушильной камеры вследствие выравнивания и улучшения условий сушки в

несколько раз. В результате такого перераспределения потока теплоносителя по ceifiimro камеры можно поднять производительность на 25-30%.

Исключеш1е зоны возвратных токов при формировании дополнительного вихря позволяет в 1,5-2 раза повысить температуру нагретых газов, по сравнению с температурой, допустимой для сухого материала. Это также способствует увеличению производительности в 1,5-2 раза и На 20-30% повышает КПД процесса сушки.

Кроме перечисленных положительных зффегов при использовании изобретения появляется дополнительная возможность проведения процесса суписи в лучшем режиме путем отладки аэродинамической обстановки в камере поворотом вокруг своей оси и перемещением вдоль оси камеры лопаток в зависимости от физико-химических свойств обрабатываемого материала.

Все перечисленные преимущества становятся определяющими для камер с большим диаметром, характерным для агрегатов большой установочной мощности.

Формула изобретения

I. Сушильная камера для дисперсных материалов, содержащая газоподводящнй короб в верхней части с хордально уетановлеины

ми соплами ;шя выхода нагретых газов, отличающаяся тем, что, с пелью интенсификации тепломассообмена путем повыщения равномерности распределения продольной составляющей скорости газов в поперечном сечении камеры, в ней на уровне сопел в плоскостях, параллельных ее оси, на расстоянии от нее h аВ установлены лопатки, наклоненные навстречу потоку выходящих

из сопел газов, где а - хор дальность сопел, R - радиус камеры.

Источники информации,

принятые во вним;.чше при экспертизе

5. Михайленко А. А. и Космодемьянский Ю. В. Аэродинамика и оптимизация вихревых камер распылительных супшлок, Промэнергетика, 1977, № 8, с. 34-38.