Аеродинамічна сушарка вихрового типу

Реферат: UA 88204 U UA 88204 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі тепломасообмінних процесів, зокрема до аеродинамічних (аерофонтанних) сушарок вихрового типу для сушіння вологих дисперсних переважно органічних матеріалів, і може бути використана в хімічній, харчовій, фармацевтичній, мікробіологічній, сільськогосподарській, деревообробній та інших галузях промисловості. Основне призначення процесу сушіння органічних відходів, які можуть використовуватися як енергоносії, - збільшення їх теплоти згоряння і подача сировини з оптимальною вологістю для одержання якісних гранул і брикетів при їх виробництві. У процесі сушіння відбувається видалення з матеріалів вологи шляхом її випарювання і відвід пари, що утворюється. Для дисперсних матеріалів найбільш ефективними є конвективні сушарки, у яких відбувається постійний контакт сушильного агента з поверхнею часток матеріалу. Швидкість процесу сушіння залежить від температури сушильного агента, відносної швидкості його руху, питомої поверхні часток, що висушуються, фізичних властивостей матеріалу. Широко відомі аеродинамічні (аерофонтанні) сушарки, які працюють при температурі сушильного агента 120-250 °C, що містить небезпеку загоряння осушуваних часток. Сушарки містять циліндричну камеру сушіння, пов'язану з циклоном, засоби подачі висушуваного матеріалу і сушильного агента. Запускаються сушарки протягом декількох хвилин, процес сушіння легко керований і контрольований. Сушіння матеріалу в камері сушіння забезпечується інтенсивним масогазообміном. Швидкість сушильного агента щодо часток матеріалу в аеродинамічній сушарці становить 25-28 м/с, що дозволяє сушити деревні й сільськогосподарські відходи, торф, лігнін і інші дрібнофракційні матеріали в компактній конструкції, що займає невеликі виробничі площі і має низьку металоємність. Аеродинамічні (аерофонтанні) сушарки є різновидом сушарок з киплячим шаром. Для таких сушарок дуже важлива однорідність гранулометричного складу матеріалу. Для рівномірного висушування матеріалу аеродинамічні сушарки забезпечені пристроєм для регулювання часу перебування часток залежно від їхньої вологості й розміру. Найбільш близьким аналогом пристрою є аерофонтанна сушарка, що містить завантажувальний бункер вологого матеріалу зі шнековим живильником, циліндричну сушильну камеру із співвісно розташованим у ній внутрішнім порожнистим конусом, звуженим униз, із отвором унизу. Сушильний агент подається вентилятором від камери змішання, в яку подається повітря від калорифера і системи рециркуляції. Подача сушильного агента в сушильну камеру здійснюється по двох каналах: перший - по нижньому патрубку співвісно внутрішньому конусу, другий - по бічному патрубку перпендикулярно осі внутрішнього конуса у верхню його частину. Шнековий живильник розташований у нижній частині сушильної камери біля входу патрубка у сушильну камеру, на виході якої встановлена установка для вловлювання пилу, з'єднана із циклоном, пов'язаним із пристроєм для вивантаження висушеного матеріалу (RU 2306509 С1, МПК(2006.01) F26B 17/10, оп. 20.09.2007). Спільними суттєвими ознаками відомого пристрою і пристрою, що заявляється, є сушильна камера, засоби подачі до неї висушуваного матеріалу і сушильного агента, з'єднаний із сушильною камерою циклон, забезпечений засобами виходу сушильного агента і вивантаження висушеного матеріалу. У відомій сушарці перемішування висушуваного матеріалу і сушильного агента відбувається всередині і навколо конусоподібної вставки сушильної камери, що при малих швидкостях сушильного агента призводить до деякого підвищення інтенсивності перемішування і, відповідно, ступеня висушування, у порівнянні із циліндричними камерами. Однак, недоліками відомої аерофонтанної сушарки, що зумовлюють недостатню ефективність висушування і низьку продуктивність, є те, що висушуваний матеріал, підхоплений потоком сушильного агента, на вході у сушильну камеру одразу потрапляє у нижній отвір конусної вставки, де йому назустріч рухається верхній потік сушильного агента, в результаті чого швидкість потоку висушуваного матеріалу зменшується, а тиск у ньому підвищується, і парова сорочка навколо часток матеріалу утворюється тільки завдяки виділенню капілярної вологи при нагріванні матеріалу, а руйнування цієї сорочки - за рахунок підведення додаткової теплової потужності, і таким чином досягнення достатнього ступеня висушування потребує багато теплової енергії і великої кількості сушильного агента. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення аеродинамічної сушарки, в якій шляхом зміни конструкції корпуса сушильної камери забезпечується створення умов для виникнення явища кавітації у потоці вологого висушуваного матеріалу, що призводить до підвищення інтенсивності утворення і відводу пари, внаслідок чого досягається технічний результат - підвищення ступеня висушування матеріалу і продуктивності сушарки без збільшення кількості і температури сушильного агента. Поставлена задача вирішується тим, що у аеродинамічній сушарці вихрового типу, що містить сушильну камеру, засоби подачі до неї висушуваного матеріалу і сушильного агента, 1 UA 88204 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 з'єднаний із сушильною камерою циклон, забезпечений засобами виходу сушильного агента і вивантаження висушеного матеріалу, згідно з корисною моделлю, новим є те, що корпус сушильної камери, або внутрішня частина корпуса, що обмежує рух потоку висушуваного матеріалу, виконаний із принаймні однією ділянкою меншого поперечного перерізу, ніж його вхідна ділянка, переважно у вигляді нижньої, середньої і верхньої циліндричних ділянок, що переходять одна в одну, з діаметром середньої ділянки, меншим за діаметри нижньої і верхньої ділянок, з перехідними ділянками у вигляді зрізаних конусів: між нижньою і середньою ділянками - звуженого, а між середньою і верхньою ділянками - розширеного, з кутом конусності верхнього конуса, меншим за кут конусності нижнього конуса, при цьому співвідношення між площами поперечного перерізу нижньої і середньої ділянок становить (1,2-5,7):1. Новим також є те, що до сушильної камери знизу або збоку переважно в нижній частині і переважно тангенціально під'єднаний трубопровід-змішувач, в який за допомогою переважно шнекового живильника подається висушуваний матеріал, а також за допомогою вентилятора сушильний агент. Між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Зміна конструкції корпуса сушильної камери, а саме: - виконання корпуса сушильної камери або внутрішньої частини корпуса, що обмежує рух потоку висушуваного матеріалу, із принаймні однією ділянкою меншого поперечного перерізу, ніж його вхідна ділянка, переважно у вигляді нижньої, середньої і верхньої циліндричних ділянок, що переходять одна в одну, з діаметром середньої ділянки, меншим за діаметри нижньої і верхньої ділянок, з перехідними ділянками у вигляді зрізаних конусів: між нижньою і середньою ділянками - звуженого, а між середньою і верхньою ділянками - розширеного, з кутом конусності верхнього конуса, меншим за кут конусності нижнього конуса; - встановлення співвідношення між площами поперечного перерізу нижньої і середньої ділянок (1,2-5,7):1; у сукупності з відомими ознаками корисної моделі, що заявляється, забезпечує потрапляння закрученого у нижній ділянці корпуса сушильної камери вихрового потоку висушуваного матеріалу у звужену (з меншим поперечним перерізом) ділянку корпуса сушильної камери, де його швидкість і динамічний напір різко зростають, а тиск знижується, що призводить до виникнення явища кавітації, тобто утворення у потоці вологого матеріалу бульбашок, заповнених водяною парою, з подальшим конденсуванням пари і руйнуванням бульбашок при підвищенні тиску, що при одночасному утворенні парової сорочки навколо часток висушуваного матеріалу, внаслідок його нагрівання сушильним агентом, спричиняє підвищення інтенсивності утворення і відведення пари, в результаті чого підвищуються ступінь висушування матеріалу і продуктивність сушарки без збільшення кількості і температури сушильного агента. При цьому виконання верхнього конуса з кутом конусності, меншим за кут конусності нижнього конуса, забезпечує поступове (плавне) збільшення тиску у потоці висушуваного матеріалу, що сприяє спокійному протіканню процесу руйнування заповнених парою бульбашок і видалення пари з сушильним агентом уже в окремому від матеріалу потоці. Установлення співвідношення між площами поперечного перерізу нижньої і середньої ділянок, меншим ніж 1,2:1, не дозволяє досягти необхідного для виникнення явища кавітації зниження тиску, а більшим ніж 5,7:1, знижує продуктивність сушильної камери, внаслідок різкого зменшення кількості висушуваного матеріалу, що потрапляє у звужену ділянку корпуса. Крім цього, подача до сушильної камери попередньо змішаних у трубопроводі-змішувачі висушуваного матеріалу і сушильного агента призводить до того, що процес сушіння починається ще до того, як компоненти потоку потраплять у сушильну камеру і змішаються у ній, а це також сприяє підвищенню продуктивності сушарки і ступеня висушування матеріалу. А під'єднання трубопроводу-змішувача тангенціально до нижньої ділянки корпусу сушильної камери забезпечує одночасне потрапляння змішаного потоку висушуваного матеріалу і сушильного агента у сушильну камеру і утворення всередині неї закрученого вихрового потоку, що також сприяє досягненню технічного результату. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому схематично зображений загальний вигляд сушарки. Аеродинамічна сушарка вихрового типу, що заявляється, у найкращому варіанті свого виконання, який однак не є єдино можливим, містить одну, або більше, сушильну камеру 1, у верхній частині сполучену із циклоном-охолоджувачем 2 пасивного типу. До сушильної камери 1 знизу або збоку (в нижній частині) тангенціально приєднаний трубопровід-змішувач 3, в який подають сушильний агент (гаряче повітря, перегріта пара, димові гази тощо) і здрібнений вологий матеріал, що підлягає сушінню. Сушильний агент подають із джерела 4, яким може 2 UA 88204 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 бути теплогенератор або калорифер, або інше, за допомогою нагнітаючого вентилятора 5 високого тиску, встановленого перед трубопроводом-змішувачем 3, або витяжного вентилятора 6, встановленого за циклоном 2. Здрібнений вологий матеріал подають із бункера 7, виконаного з можливістю подачі матеріалу, наприклад за допомогою шнекового живильника 8. Корпус сушильної камери 1 або внутрішня частина корпуса, що обмежує рух потоку висушуваного матеріалу, у випадку наявності зовнішнього циліндричного або іншого корпусу, виконаний із однією або більше ділянкою меншого поперечного перерізу, ніж його вхідна нижня ділянка. Наприклад, корпус може бути виконаний у формі, що нагадує пляшку з горловиною і пробкою, і мати вигляд ділянок: нижньої циліндричної ділянки 9, середньої циліндричної ділянки 10 і верхньої циліндричної ділянки 11, що переходять одна в одну, 3 діаметром середньої ділянки 10, меншим за діаметри нижньої ділянки 9 і верхньої ділянки 11, з перехідними ділянками у вигляді зрізаних конусів: між нижньою і середньою ділянками - звуженого зрізаного конуса 12, а між середньою і верхньою ділянками - розширеного зрізаного конуса 13, з кутом конусності верхнього конуса 13, меншим за кут конусності нижнього конуса 12. Співвідношення між площами поперечного перерізу нижньої ділянки 9 і середньої ділянки 10 становить (1,2-5,7):1, переважно 3:1. Аеродинамічна сушарка, що заявляється, працює в такий спосіб. Здрібнений вологий матеріал, наприклад тирса, здрібнені очерет, сіно, солома, лузга, зелена маса, кора, листя, хвойні гілки, тріска, торф, лігнін, інша здрібнена органіка, за допомогою шнекового живильника 8 надходить із бункера 7 в трубопровід-змішувач 3, де підхоплюється сушильним агентом, подаваним вентилятором 5 високого тиску. Суміш матеріалу із сушильним агентом надходить у нижню ділянку 9 сушильної камери 1 із закрученим киплячим шаром. Закручування забезпечується за рахунок циліндричної форми корпусу та/або тангенціальної подачі суміші. Створюється висхідне кругове турбулентне обертання, що забезпечує максимальну площу взаємодії сушильного агента з матеріалом. За рахунок висхідного, підігрітого потоку, що постійно обертається, утворюється потужний вихор, у якому створюється перепад тиску. Швидкий потік гарячого сушильного агента підтримує вихідні матеріали в завислому стані, де вони й висушуються. Внаслідок того, що швидкість потоку сушильного агента дуже висока, а матеріали перебувають безпосередньо в ньому, теплообмін між агентом і матеріалом дуже великий. При нагріванні висушуваного матеріалу відбувається виділення з нього капілярної вологи і утворення парової сорочки навколо часток матеріалу. Руйнування парової сорочки досягається підведенням додаткової теплової потужності. Також процес сушіння прискорюється у зв'язку з інтенсивним тертям часток один по одному в щільному шарі при русі з високою окружною швидкістю. Відбувається інтенсивний процес сушіння у закрученому шарі при високих відносних швидкостях часток матеріалу і сушильного агента. Піднімаючись нагору, закручений потік надходить у середню звужену ділянку 10 камери 1, в якій внаслідок зменшення поперечного перерізу камери й, відповідно, збільшення швидкості потоку і зменшення в ньому тиску виникає явище кавітації: при падінні тиску нижче за тиск насичення при данійтемпературі відбувається утворення у потоці парових бульбашок, при цьому ця пара виділяється з вологи висушуваного матеріалу, чим досягається збільшення інтенсивності видалення вологи. При переході потоку у верхню циліндричну ділянку 11 камери, в область зменшеної швидкості й, відповідно, підвищеного тиску, висушуваний матеріал продовжує інтенсивно втрачати вологу за рахунок конденсації пари і руйнування бульбашок. У сушильній камері відбувається висушування матеріалу до його заданої кінцевої вологості. У камері матеріал інтенсивно циркулює доти, поки висохлі частки, як більш легкі, несуться в циклон 2, причому висушений матеріал і сушильний агент несуться паралельними потоками. У циклоні сушильний агент відділяється від висушеного матеріалу, який видаляється через днище циклона, а сам сушильний агент у вигляді пари видаляється в атмосферу або для подальшого використання. Ефективність сушіння забезпечується за рахунок конструкції сушильної камери, оптимально підібраної температури сушіння, максимальної площі взаємодії сушильного агента з висушуваним матеріалом, впливу зовнішніх сил на висушуваний матеріал. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Аеродинамічна сушарка вихрового типу, що містить сушильну камеру, засоби подачі до неї висушуваного матеріалу і сушильного агента, з'єднаний із сушильною камерою циклон, забезпечений засобами виходу сушильного агента і вивантаження висушеного матеріалу, яка 3 UA 88204 U 5 10 відрізняється тим, що корпус сушильної камери, або внутрішня частина корпуса, що обмежує рух потоку висушуваного матеріалу, виконаний із принаймні однією ділянкою меншого поперечного перерізу, ніж його вхідна ділянка, переважно у вигляді нижньої, середньої і верхньої циліндричних ділянок, що переходять одна в одну, з діаметром середньої ділянки, меншим за діаметри нижньої і верхньої ділянок, з перехідними ділянками у вигляді зрізаних конусів: між нижньою і середньою ділянками - звуженого, а між середньою і верхньою ділянками - розширеного, з кутом конусності верхнього конуса, меншим за кут конусності нижнього конуса, при цьому співвідношення між площами поперечного перерізу нижньої і середньої ділянок становить (1,2-5,7):1. 2. Сушарка за п. 1, яка відрізняється тим, що до сушильної камери знизу або збоку переважно в нижній частині і переважно тангенціально під'єднаний трубопровід-змішувач, в який за допомогою переважно шнекового живильника подається висушуваний матеріал, а також за допомогою вентилятора - сушильний агент. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4