Теплообмінний апарат для сипких матеріалів

Изобретение относится к теплообменным аппаратам с использованием подвижных каналов, выполненных с возможностью вращательного движения, и может быть использовано в химической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности, связанных с процессами охлаждения сыпучих материалов, в том числе, например, в литейном производстве, в частности, в технологии точного литья по газифицируемым моделям для охлаждения опорного наполнителя. Известны многочисленные конструкции устройств для охлаждения сыпучих материалов путем конвективной, кондуктивной или комбинированной передачи тепла от сыпучего материала к хладоагенту (жидкости или газу), но нам не известны устройства, которые позволяют осуществить процесс теплопередачи от сыпучего материала к сыпучему материалу. В частности, известен тепломассооб-менный аппарат [1], содержащий наклонный вращающийся барабан с теплообменными трубчатыми элементами внутри, выполненными зигзагообразными по длине барабана. Трубчатые элементы расположены в диаметрально-продольных плоскостях вблизи внутренней поверхности стенки барабана и жестко прикреплены к ней. На обоих концах барабана имеются распределительные камеры в виде усеченных конусов, к которым подключены трубчатые элементы. По длине барабана расположены одна или несколько (в зависимости от длины барабана) перераспределительных головок в виде усеченных конусов. С обоих торцов барабан закрыт крышками, к которым герметично присоединены обе распределительные камеры. Зиги трубчатых элементов расположены к горизонтали под углом, большим угла естественного откоса материала, а угол конусности распределительных камер и перераспределительных головок меньше угла естественного откоса материала, Труба для ввода охлаждающей воды или другого хладоагента во внутреннюю полость барабана расположена по его оси и снабжена разбрызгивающим насадком. Регулировку уровня хладоагента в барабане осуществляют изменением высоты расположения отверстий в крышке, примыкающей к распределительной камере. Барабан имеет загрузочную течку, разгрузочный бункер и сливную воронку для воды, Известный аппарат достаточно сложен в изготовлении и монтаже. Наличие распределительных камер и перераспределительных головок усложняет монтаж элементов из-за загроможденное™ внутреннего пространства барабана. Размещение трубчатых зигзагообразных элементов вдоль барабана в диаметральных плоскостях усложняет узлы крепления этих элементов к внутренним стенкам барабана. Кроме того, в аппарате невозможно осуществить процесс теплопередачи от сыпучего материала к сыпучему материалу. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является тепломассообменный аппарат [2], содержащий наклонный вращающийся барабан с трубчатыми зигзагообразными теплообменными элементами внутри для перемещения материала, расположенными вдоль барабана и подключенными своими конечными участками соответственно к загрузочной и разгрузочной камерам для охлаждаемого материала и патрубок подачи охлаждаемого материала. Трубчатые теплообменные элементы размещены в ходовых плоскостях барабана, а их конечные участки заведены в полости загрузочной и разгрузочной камер, причем перед загрузочной камерой размещен подсушиватель материала, сообщенный с патрубком подачи материала. Тепломассобменный аппарат снабжен опорными кольцами, свободно посаженными на трубчатые элементы, Загрузочная и разгрузочная камеры выполнены кольцевыми, а входные участки трубчатых элементов снабжены установленными внутри них коническими насадками. За разгрузочной камерой по ходу сыпучего материала установлен конический насадок. Такой аппарат характеризуется низкой интенсивностью теплообмена, обусловленной малой поверхностью теплопередачи при значительных габаритах аппаратах, кроме того, конструкция аппарата не позволяет осуществить процесс теплопередачи между двумя сыпучими материалами. В основу изобретения поставлена задача создания теплообменного аппарата для сыпучих материалов, в котором за счет организации противотока двух сыпучих материалов и увеличения поверхности теплопередачи в единице объема аппарата при относительно малых габаритах обеспечивается возможность осуществления теплопередачи между двумя сыпучими материалами и интенсификация процесса теплообмена. Поставленная задача решена тем, что в теплообменном аппарате для сыпучих материалов, содержащем вращающийся барабан с теплообменными элементами внутри для перемещения охлаждаемого материала, расположенными вдоль барабана, загрузочную и разгрузочную камеры для охлаждаемого материала, патрубок подачи охлаждаемого материала и конические насадки внутри теплообменных элементов, согласно изобретению, барабан аппарата расположен горизонтально, а теплообменные элементы выполнены из пакетов, чередующихся с прокладками пластин, образующих в сочетании друг с другом каналы для перекрестного движения охлаждаемого и нагреваемого материалов внутри теплообменных элементов, соединенных между собой ребрами с образованием распределительных камер для охлаждаемого и для нагреваемого материалов, причем аппарат снабжен загрузочной и разгрузочной камерами для нагреваемого материала и патрубком подачи нагреваемого материала. Дополнительным отличием изобретения является то, что конические насадки установлены во всех каналах теплообменных элементов. Выполнением теплообменных элементов из пакетов, чередующихся с прокладками пластин, образующих в сочетании друг с другом каналы для движения охлаждаемого и нагреваемого материалов, обеспечивается возможность осуществления теплопередачи между двумя сыпучими материалами, которые движутся по этим каналам. Последовательное расположение теплообменных элементов вдоль оси горизонтально установленного барабана и соединение теплообменных элементов между собой ребрами, при котором грани теплообменных элементов образуют с горизонталью угол, больший угла естественного откоса материала, позволит организовать движение двух сыпучих материалов навстречу друг другу по каналам, пересекающим горизонтальную ось аппарата, чем обеспечивается интенсификация процесса теплообмена, так как при таком направлении движения материалов передается максимальное количество тепла в единице объема. Наличие конических насадок, установленных во всех каналах теплообменных элементов, позволит ограничить обратный переток материала и повысить производительность аппарата, чем обеспечивается интенсификация процесса теплообмена, так как возрастает тепловой поток. На фиг.1 изображен теплообменный аппарат для сыпучих материалов; на фиг.2 теплообменный элемент в изотермической проекции; на фиг.3 - разрез А - А на фиг.1. Теплообменный аппарат для сыпучих материалов содержит прямоугольный (может быть любой геометрической формы) в поперечном сечении горизонтально расположенный вращающийся барабан 1 с теплообменными элементами 2 внутри. Теплообменный элемент 2 представляет собой пакет, выполненный из пластин 3, чередующихся с прокладками 4 и 5. Пластины 3 имеют форму квадрата (ромба). Прокладки 4 в сочетании с пластинами 3 образуют каналы (не менее одного) 6 для охлаждаемого материала, а прокладки 5 в сочетании с пластинами 3 образуют каналы (не менее одного) 7 для нагреваемого материала. На одном конце барабана имеется загрузочная камера 8 для охлаждаемого материала, а на другом конце барабана имеется загрузочная камера 9 для нагреваемого материала. Теплообменные элементы 2 расположены последовательно вдоль оси барабана и соединены между собой ребрами с образованием распределительных камер 10 для охлаждаемого материала и 11 для нагреваемого материала. Грани теплообменных элементов расположены к горизонтали под углом, большим угла естественного откоса материала. Распределительные камеры 10 соединены с каналами 6 теплообменных элементов 2, а распределительные камеры 11 соединены с каналами 7 теплообменных элементов 2. Кроме этого, загрузочная камера 8 соединена с каналами 6 подключенного непосредственно к ней теплообменного элемента 2, а загрузочная камера 9 соединена с каналами 7 подключенного непосредственно к ней теплообменного элемента 2. Аппарат содержит также разгрузочную камеру 12 для охлаждаемого материала, соединенную с последней по ходу движения охлаждаемого материала распределительной камерой 10, разгрузочную камеру 13 для нагреваемого материала, соединенную с последней по ходу движения нагреваемого материала распределительной камерой 11, патрубок подачи 14 охлаждаемого материала, соединенный с загрузочной камерой 8, и патрубок подачи 15 нагреваемого материала, соединенный с загрузочной камерой 9. Каналы 6 и 7 снабжены установленными внутри них коническими насадками 16. Теплообменный аппарат для сыпучих материалов работает следующим образом. Охлаждаемый сыпучий материал подают через патрубок 14 в загрузочную камеру 8. При вращении барабана 1 охлаждаемый материал, совершая сложное возвратно-поступательное движение, попадает в каналы 6 теплообменных элементов 2 и распределительные камеры 10, проходит по ним и затем выходит через разгрузочную камеру 12. Нагреваемый сыпучий материал, который движется навстречу охлаждаемому, подают через патрубок 15 в загрузочную камеру 9, из которой, совершая аналогичное охлаждаемому материалу сложное возвратно-поступательное движение, он попадает в каналы 7 теплообменных элементов 2 и распределительные камеры 11, проходит по ним и выходит через разгрузочную камеру 13. Установка в каналах 6 и 7 конических насадок 16 позволяет ограничить обратный переток соответственно охлаждаемого и нагреваемого материалов. Таким образом, в данном аппарате, вследствие организации движения двух сыпучих материалов навстречу друг другу по каналам, пересекающим горизонтальную ось аппарата, обеспечивается возможность осуществления теплопередачи между этими материалами, а в результате активного перемешивания как охлаждаемого, так и нагреваемого материалов в каналах и распределительных камерах, по которым они проходят, достигаются высокие значения коэффициента теплопередачи, что вместе с увеличением поверхности теплопередачи в единице объема аппарата обеспечивает интенсификацию процесса теплообмена.