Сушилки с восходящим закрученным потоком газодисперсной фазы Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Процессы и аппараты химических и других производств. Химия

УДК 66.047.14

СУШИЛКИ С ВОСХОДЯЩИМ ЗАКРУЧЕННЫМ ПОТОКОМ ГАЗОДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ А.И. Сокольский

Ивановская государственная архитектурно-строительная академия, Ивановский государственный химико-технологический университет

Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым

Ключевые слова и фразы: вихревая камера; восходящий закрученный поток; газодисперсная фаза; гидродинамический режим; термообработка.

Аннотация: Представлено эволюционное развитие конструктивного

оформления аппаратов вихревого типа с восходящим закрученным потоком газодисперсной фазы. Разработанная конструкция аппарата позволяет эффективно регулировать время пребывания материала в зоне сушки, что значительно снижает удельные затраты на проведение процесса термообработки продукта.

Сушка материалов, полупродуктов или готовых изделий широко распространена практически во всех областях промышленности. Для ее проведения применяют разнообразные виды сушилок, отличающиеся друг от друга конструктивными решениями в зависимости от области их применения и свойств обрабатываемого материала. По конструктивным признакам сушилки для дисперсных материалов подразделяются на аппараты с кипящим и фонтанирующим слоем, трубы-сушилки, аппараты со встречными закрученными потоками, циклонные и вихревые камеры. Следует отметить все большее распространение в различных отраслях промышленности аппаратов циклонного и вихревого типов. В них, благодаря особой аэродинамической структуре потоков, создаются весьма благоприятные условия для проведения процессов тепло- и массообмена между газовой фазой и обрабатываемым материалом. Высокая интенсивность тепломассообмена в этих аппаратах определяет их применение там, где основой технологии служат высокотемпературные и диффузионные процессы. Сравнительно малое время пребывания дисперсных частиц в аппаратах такого типа дает возможность значительно повысить температуру сушильного агента и, тем самым, обеспечить условия для эффективного проведения сушильного процесса разнообразных материалов без ущерба для их качества.

Современные сушильные аппараты должны отвечать следующим требованиям:

1) простота конструкции;

2) малая металлоемкость;

3) возможность полной механизации и автоматизации процесса;

4) возможность проведения совмещенных процессов;

5) обеспечение высоких относительных скоростей движения взаимодействующих фаз;

6) незначительное время пребывания продукта в зоне сушки.

Указанным требованиям в полной мере отвечают сушилки, разработанные в Ивановском государственном химико-технологическом университете.

На рис. 1 представлено устройство [3] для термообработки высоковлажных материалов с последующим терморазложением продукта. В этом аппарате успешно осуществлен процесс получения оксида магния. С целью увеличения развитой поверхности тепло-массообмена в вихревой камере 4 над завихрителем 5 установлен дисмембратор-турбулизатор 6, позволяющий разрушать агломераты в исходном продукте.

На рис. 2 представлена однокамерная сушилка [3] с измененной конструкцией дисмембратора-турбулизатора. Кроме того, для создания мягких режимов термообработки предоставляется возможность увлажнять теплоноситель путем подачи воды в испаритель 5 при высокой начальной температуре теплоносителя. В этом аппарате обрабатывались следующие сыпучие материалы: зола гидроудаления, огнетушащий порошок на основе аммофоса, белая сажа, сополимер ВА-15, двууглекислый натрий и др.

Многие технологические процессы предусматривают сушку нескольких сыпучих продуктов (например, производство огнетушащих порошков), и использование различного по своим конструктивным особенностям сушильного оборудо-

влажный материал | 4 отработанный

Рис. 1 Устройство для сушки и термообработки высоковлажных материалов с последующим терморазложением продукта:

1 - циклонный подсушиватель; 2 - загрузочный бункер; 3 - входной патрубок; 4 - вихревая камера; 5 - завихритель; 6 - дисмембратор-турбулизатор;

7 - вал; 8 - лопатки; 9 - досушиватель; 10 - лопастной завихритель;

11 - газоподводящий патрубок; 12 - промежуточный циклон;

13 - выгрузочная течка; 14 - разгрузочный циклон;

15 - вентилятор; 16, 17 - пневмопитатели

вания значительно удорожает производство. Применение для этих целей унифицированного аппарата значительно снизило бы затраты при получении готового продукта. Поэтому разработка конструкции аппарата, позволяющего осуществлять процесс сушки различных по своим физико-химическим свойствам материалов, является актуальной задачей, требующей как теоретических, так и практических исследований. Такая попытка по конструированию многоцелевого аппарата и была нами предпринята.

Изобретательская задача состояла в поиске конструктивного решения устройства для термообработки дисперсных материалов (см. рис. 2), содержащего вихревую камеру с днищем-диффузором 4 и лопастным завихрителем-измельчи-телем 7, имеющим турбинную секцию и измельчающую секцию с билами 11, выполненную в виде усеченного конуса, загрузочное устройство 3, испаритель 5 и газоподводящий короб, которое значительно повышало бы надежность устройства за счет высокой организации гидродинамического режима газодисперсного потока. Поставленная задача решена следующим образом. Турбинная секция за-вихрителя-измельчителя расположена на днище-диффузоре, измельчающая секция расположена на приводном валу и снабжена лопастями, прикрепленными к ее конической поверхности с возможностью изменения угла их наклона относительно стенки вихревой камеры, и основанием, к которому по его периферии прикре-

Рис. 2 Устройство для сушки и термообработки материалов при мягких режимах:

1 - вихревая камера; 2 - циклон-подсушиватель; 3 - загрузочное устройство;

4 - диффузор; 5 - испаритель; 6 - газоподводящий короб; 7 - завихритель;

8 - турбинная секция; 9 - отражательная секция; 10 - коническая поверхность;

11 - билы; 12 - приводной вал; 13 - разгрузочный циклон

птпябптяттттътй ТРТТТТПМПГМТРТТК

| ИСХОДНЫЙ продукт

теплоноситель

плены билы, направленные вниз, а загрузочное устройство выполнено в виде течки, расположенной соосно с вихревой камерой. Данное техническое решение позволяет повысить надежность работы устройства так как:

- за счет вращения лопастей измельчающей секции создается разрежение в центральной части вихревой камеры, что облегчает загрузку продукта;

- крупные агломераты продукта при попадании на коническую поверхность измельчающей секции разрушаются нижней частью лопастей и отбрасываются к периферии в зону действия бил для дальнейшего разрушения;

- повышается организация гидродинамического режима газодисперсного потока за счет подъемной составляющей центробежной силы, создаваемой лопастями измельчающей секции при ее вращении, способствует направленному движению материала по спиральной траектории вверх в пристенной области вихревой камеры.

На рис. 3 изображена принципиальная схема установки [1]. Она содержит следующие элементы: вихревую камеру 1, днище-диффузор 2, турбинную секцию 3, измельчающую секцию 4 с основанием 5, лопасти 6, била 7, испаритель 8, газоподводящий короб 9, загрузочную течку 10, приводной вал 11, вентилятор 12, циклон-разгрузитель 13, форсунка 14, выводящий патрубок 15.

исходный материал

6

готовый продукт

Рис. 3 Устройство для термообработки материалов с измельчителем:

1 - вихревая камера; 2 - днище-диффузор; 3 - турбинная секция;

4 - измельчающая секция; 5 - основание измельчающей секции;

6 - лопасти; 7 - била; 8 - испаритель; 9 - газоподводящий короб;

10 - загрузочная течка; 11 - приводной вал; 12 - вентилятор;

13 - циклон-разгрузитель; 14 - форсунка; 15 - выводящий патрубок

Установка работает следующим образом. Исходный влажный материал через течку 10 поступает на коническую поверхность вращающейся измельчающей секции 4, где предварительно разрушается нижней частью лопастей 6, установленных на ней и отбрасывается центробежной силой к периферии, в зону действия бил 7, где дополнительно измельчается в струях горячего теплоносителя, выходящего из турбинной секции 3. Теплоноситель подается из газоподводящего короба 9 через центральное отверстие в днище-диффузоре 2 в турбинную секцию 3, а затем поступает в нижнюю часть вихревой камеры 1. Лопасти турбинной секции 3 установлены так, что обеспечивают поступление теплоносителя в вихревую камеру в тангенциальном направлении в сторону вращения измельчающей секции 4, установленной на приводном валу 11. Под воздействием вращающегося потока теплоносителя и центробежной силы, создаваемой лопастями 6 измельчающей секции 4, материал диспергируется и по спиральной траектории поднимается в верхнюю часть вихревой камеры 1, откуда через выводящий патрубок 15 и вентилятор 12 подается в циклон-разгрузитель 13, где происходит разделение газовзве-си на готовый продукт и отработанный теплоноситель, который затем поступает на дополнительную очистку. В случае необходимости проведения процесса кондиционирования материала, например, гидрофобизации, гидрофобизирующую жидкость подают в испаритель 8. Смешение паров гидрофобизатора и теплоносителя происходит в газоподводящем коробе. Г идрофобизатор дополнительно можно подавать в вихревую камеру посредством форсунок 14, установленных на стенках вихревой камеры. При сушке термолабильных материалов, для создания более мягкого температурного режима, в испаритель и форсунки подают воду.

Список литературы

1 Патент №2245499 РФ. Устройство для термообработки материалов / Е.П. Барулин, А.И. Сокольский и др. - Опубл. 27.01.2005. Бюл. №3.

2 А.С. №1307189 /СССР/ Устройство для термообработки материалов / В.А. Зайцев, В.Н. Кисельников и др. - Опубл. 30.04.1987. Бюл. №16.

3 А. С. №1374016 /СССР/ Устройство для термообработки материалов / В.А. Зайцев, В.Н. Кисельников и др. - Опубл. 15.02.88 Бюл. №6.

Dryers with Uprising Twisted Flow of Gas-Disperse Phase

A.I. Sokolsky

Ivanovo State Academy of Architecture and Construction,

Ivanovo State University of Chemistry and Technology

Key words and phrases: swirl chamber; uprising twisted flow; gas-disperse phase; hydro-dynamic mode; heat processing.

Abstract: Evolutional development of constructive design of swirl-type apparatuses with uprising twisted flow of gas-disperse flow is presented. The design of apparatuses enables to regulate effectively the time of keeping the material in drying zone, thus reducing the costs of heat processing of disperse product.

Trockner mit der aufgewirbelten Steigstromung der Gasdispersenphase

Zusammenfassung: Es ist die Entwicklung der konstruktiven Gestaltung der Apparaten des Wirbeltypus mit der aufgewirbelten Steigstromung der Gasdispersenphase angefuhrt. Die erarbeitete Konstruktion erlaubt die Zeit des Stoffverbleibens im Trockenraum effektiv zu regulieren. Es erlaubt die spezifische Kosten auf die Durchfuhrung des Prozesses der Veredelung des Dispersproduktes wesentlich zu senken.

Sechoires a courant ascendant tordu de la phase gazeuse precipitee

Resume: Est presente le developpement de la regulisation constructive des appareils du type tourbillonnaire a courant ascendant tordu de la phase gazeuse precipitee. Est elaboree la construction de l’appareil permettant de regler efficacement le temps de presence du materiel dans le sechoire ce qui diminue considerablement les depenses specifiques du processus du traitement thermique du produit disperse.