Спосіб сушіння осаду і пристрій для здійснення цього способу

1. Спосіб сушіння осаду (5), такого як осад стічних вод, рідкий гній або відходи із септичних резервуарів, опроміненням мікрохвилями, який відрізняється тим, що він включає такі стадії: - збільшують тиск в герметичній камері (1) до заданого рівня щонайменше введенням насиченої водяної пари і підтримують цей тиск протягом заданого періоду часу; - завантажують осад в резервуар, що розташований на деякій відстані від стінок камери (1), завантажувальними засобами, які забезпечують підтримку тиску; - вводять перегріту пару в осад (5) змішувачем (3), який при роботі розташований поблизу тієї стінки резервуара, яка найбільш віддалена від джерела мікрохвиль, і який включає засоби (33) введення; - при перемішуванні осаду (5) нагрівають його центральну область випромінюванням мікрохвиль 2 (19) 1 3 94747 4 11. Пристрій за п. 10, який відрізняється тим, що в своїй нижній частині він містить орієнтований до землі отвір (4), який використовується для видалення стічної води під дією сили тяжіння і який виконаний з можливістю керування клапаном (41) видалення води або для регулювання тиску усередині камери. 12. Пристрій за п. 10 або 11, який відрізняється тим, що камера (1) містить охолоджувальні засоби (203), розміщені в її нижній частині з можливістю охолодження її внутрішньої стінки, яка знаходиться в контакті з атмосферним середовищем, що знаходиться під тиском, причому зазначені засоби розміщені з можливістю охолоджування лише частини камери. 13. Пристрій за будь-яким з пп. 10-12, який відрізняється тим, що охолоджувальні засоби (203) використовуються для охолоджування від половини до трьох чвертей камери. 14. Пристрій за будь-яким з пп. 10-13, який відрізняється тим, що змішувач (3) сформований з труби (31), що містить щонайменше один перемішуючий елемент (35) типа лопаті, прикріпленої по її колу, із засобами (33) введення, розміщеними на цьому елементі. 15. Пристрій за будь-яким з пп. 10-14, який відрізняється тим, що труба (31) сполучена з генератором (32) перегрітої пари, причому пара, вироблена генератором, проходить по трубі (31) до перемішуючого елемента (35) і потім вводиться засобами (33) введення. 16. Пристрій за будь-яким з пп. 10-15, який відрізняється тим, що засоби (33) введення сформовані отворами, виконаними на перемішуючому елементі (35). 17. Пристрій за будь-яким з пп. 10-16, який відрізняється тим, що всі отвори камери (1) виконані з можливістю закриття закриваючими засобами для створення герметичних умов відносно тиску і мікрохвиль. 18. Пристрій за будь-яким з пп. 10-17, який відрізняється тим, що камера (1) містить охолоджувальні засоби (203), які використовуються для охолодження частини її внутрішньої поверхні з метою сприяти конденсації води, випареної під час сушіння. 19. Пристрій за будь-яким з пп. 10-18, який відрізняється тим, що він має щонайменше один кінець, який може бути закритий автоматичними дверцями (10) для створення герметичних умов відносно тиску і мікрохвиль. 20. Пристрій за будь-яким з пп. 10-19, який відрізняється тим, що генератор (22) мікрохвиль сполучається з сушильною камерою (1) через мікрохвильовий узгоджувач (адаптер) (21). 21. Пристрій за будь-яким з пп. 10-20, який відрізняється тим, що камера (1) містить запобіжний клапан (12). 22. Пристрій за будь-яким з пп. 10-21, який відрізняється тим, що резервуар розміщений на деякій відстані від стінок камери за допомогою перфорованих тримачів для забезпечення стікання водяного конденсату. Даний винахід відноситься до способу сушіння осаду і пристрою для здійснення цього способу, конкретніше до способу і пристрою для сушіння шламу з промислових установок, мулу з міських очисних споруджень або осаду змішаного типу. Для органів місцевої й державної влади проблема обробки осадів стічних вод є дуже серйозною. Фактично їхня кількість постійно збільшується, і також підвищується небезпека токсичного, бактеріологічного й ольфакторного (що відноситься до запаху) забруднень, які вони викликають у ґрунті, ґрунтових водах і навколишнім середовищі. Тому необхідно мати у розпорядженні оптимальну технологію для обробки і повторного використання цього осаду, яка повинна бути надійною, стійкою, екологічною, економічною та універсальною. Для усунення цих проблем в даний час існують кілька рішень для обробки осаду. Зокрема, обробка конвекцією, принцип якої заснований на передачі тепла. Недолік цієї технології полягає в тому, що вона є досить дорогою. Інше рішення включає сушіння осаду на першій стадії, а потім перетворення його в гранули, які можна складувати. У загальному випадку сушіння здійснюють розміщенням ще вологого осаду на сушильній площадці, після чого на осад впливають потоком гарячого повітря. Наприкінці сушіння осад перетворюють у гранули. Недолік такої обробки полягає в тому, що су шіння осаду гарячим повітряним потоком займає надто багато часу Патент Франції №2 115 951 пропонує пристрій, що вирішує проблему надмірно тривалого сушіння продуктів, наприклад харчових продуктів для тварин або органічних добрив, який також використовується для стерилізації цих продуктів після їхнього перетворення у фрагментований осад. Цей пристрій включає шнековий живильник у формі труби, яка забезпечує транспортування фрагментованого осаду. Транспортуючий пристрій включає вал, розташований уздовж осі труби, з лопатями, що проходять по спіралі. Цей транспортуючий пристрій забезпечує досягнення єдиної мети, а саме транспортування фрагментованого осаду в зону, де його піддають дії мікрохвиль. Функція мікрохвиль полягає в стерилізації фрагментів і завершенні сушіння видаленням води, що залишилася, з фрагментованого осаду. Висушений таким чином продукт виймають з пристрою і складують для упаковки. Недолік такого пристрою полягає в тому, що для завершення сушіння продуктів потрібно декілька стадій, і особливо стадія фрагментації осаду, призначеного для сушіння. Ці стадії потребують устаткування, яке є дуже складним і громіздким. Ще один недолік цих пристроїв для сушіння полягає в тому, що за деяких умов може виникнути небезпека пожежі або вибуху. Небезпека вибуху виникає, якщо присутні три чинники, а саме, висо 5 кий вміст пилу, високий вміст кисню і джерело займання. Тому важливо уникати присутності будьякого з цих трьох чинників. Крім того, пристрої, що використовують ці технології, дорогі, а процес їх використання є енергоємним. Якщо сушіння виконане добре, висушений осад може мимоволі нагріватися, будучи джерелом займання, таким чином при сушці осаду чинник займання нерідко має місце. Таким чином, необхідно здійснювати відповідні заходи, щоб уникнути присутності двох інших чинників, а саме пилу і вмісту кисню. Задача даного винаходу полягає в тому, щоб запропонувати спосіб і пристрій, які можуть бути використані для оптимізації процесу сушіння осаду без ризику вибуху, а також для швидкого здійснення повного сушіння осаду і, отже, скорочення споживаної енергії. Цю задачу вирішує пропонований спосіб сушіння осаду, який також може бути використаний для сушіння осадів стічних вод, рідкого гною або відходів з септичних резервуарів, і який включає: - збільшення тиску до заданого рівня в герметичній камері щонайменше введенням насиченої водяної пари і підтримки тиску на цьому рівні протягом заданого періоду часу; - завантаження осаду в резервуар, який розташований на деякій відстані від стінок камери, завантажувальними засобами, які забезпечують підтримку тиску; - введення перегрітої пари в осад змішувачем, який при роботі розташований поблизу тієї стінки резервуару, яка найбільш віддалена від джерела мікрохвиль, і який включає засоби введення; - при перемішуванні осаду, нагрівання центральної області осаду випромінюванням мікрохвиль частотою від 400 до 2450 МГц у напрямі резервуару; і - видалення води, зібраної при конденсації і стіканні по стінках камери до основи камери, за допомогою клапана, що веде назовні. В окремому випадку реалізації винаходу протягом всього сушіння осад перемішують змішувачем для підвищення однорідності сушіння, а також для кращого проникнення мікрохвиль у матеріал. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу тиск насиченої водяної пари лежить у діапазоні від 1 бара до 3 бар. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу тиск насиченої водяної пари становить 1 бар. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу тиск перегрітої пари становить від 1 бара до 5 бар. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу тиск перегрітої пари становить 3 бари. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу температура камери повинна бути менше температури осаду для забезпечення випару. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу виконують опромінення мікрохвилями при температурі осаду від 110°C до 140°С. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу виконують опромінення мікрохвилями при 94747 6 температурі 130°С. Інше завдання винаходу полягає в тому, щоб запропонувати пристрій, використовуваний для здійснення запропонованого способу. Для вирішення цієї задачі і здійснення пропонованого способу запропонований пристрій, який містить камеру, що включає герметичний резервуар, що є стійким до дії тиску і сполучається щонайменше одним вікном з кристалічного кварцу або будь-якого іншого матеріалу, прийнятного для використання із мікрохвилями, щонайменше з одним мікрохвильовим генератором, причому вказана камера сполучається з каналом подачі пари, що насичує, і введенням осаду, який підлягає сушці, містить змішувач, що включає засоби введення перегрітої пари, розташовані у зазначеній камері, а також містить отвір для вивантаження висушених матеріалів. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу пропонований пристрій у своїй нижній частині містить орієнтований до землі отвір, який використовується для видалення стічної води під дією сили тяжіння і який виконаний із можливістю керування клапаном, або використовується для регулювання тиску усередині камери. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу камера містить охолоджувальні засоби, що розміщені в її нижній частині з можливістю охолоджування внутрішньої стінки камери, яка контактує з атмосферним середовищем, що знаходиться під тиском, причому вказані засоби охолоджування розміщені з можливістю охолоджування лише частини камери. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу охолоджувальні засоби використовуються для охолоджування від половини до трьох чвертей камери. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу змішувач сформований з труби, що містить щонайменше один перемішуючий елемент типа лопаті, прикріпленої по її колу, із засобами введення, розташованими на цьому елементі. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу труба сполучена з генератором перегрітої пари, причому пара, вироблена генератором, проходить по трубі до перемішуючого елементу і потім вводиться засобами введення. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу засобами введення є отвори, сформовані на перемішуючому елементі. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу всі отвори камери виконані з можливістю закриття закриваючими засобами для створення умов герметичності відносно тиску і мікрохвиль. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу камера містить засоби, що охолоджують, які використовуються для охолоджування частини її внутрішньої поверхні з метою сприяти конденсації води, випареної при обробці сушінням. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу пропонований пристрій має щонайменше один кінець, який може бути закритий автоматичними дверцями для створення умов герметичності відносно тиску і мікрохвиль. Ще в одному окремому випадку реалізації ви 7 находу мікрохвильовий генератор сполучається із сушильною камерою через мікрохвильовий узгоджував (адаптер). Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу камера містить запобіжний клапан. Ще в одному окремому випадку реалізації винаходу, резервуар розміщений на деякій відстані від стінок камери за допомогою перфорованих тримачів для забезпечення стікання водяного конденсату. Інші відмітні ознаки і переваги даного винаходу стануть очевидніші з наступного опису із посиланнями на прикладені креслення, на яких: - Фіг.1 показує подовжній перетин одного варіанту виконання пристрою згідно винаходу; - Фіг.2 показує подовжній перетин іншого варіанту виконання пристрою згідно винаходу; - Фіг.3 показує поперечний перетин варіанту виконання пристрою, представленого на Фіг.2. Як показано на Фіг.1, 2 і 3, пристрій складається з камери (1), переважно циліндричної подовженої форми, виконаної з металу з подвійною стінкою, яка забезпечує по-перше, хорошу теплоізоляцію і герметизацію відносно тиску пари, і по-друге, герметизацію відносно мікрохвиль. Вказана камера (1) має щонайменше один кінець, який відкритий назовні і виконаний з можливістю закриття дверцями (10) або кришкою (10). У переважному варіанті реалізації даного винаходу камера (1) має один кінець, який виконаний з можливістю закриття. Дверці (10), які використовуються для закриття отворів, спроектовані з можливістю повної герметизації камери (1) відносно повітря, тиску пари і хвиль, таких як мікрохвилі, при закритих дверцях (10). Тому дверці (10) містять тефлонову або силіконову прокладку (102) для герметизації відносно тиску і металеву прокладку (101) для герметизації відносно мікрохвиль. У варіанті реалізації винаходу, показаному на Фіг.2, дверці (10) виконані з можливістю ковзання за допомогою переміщаючої системи (152), яка включає колеса (151), сполучені з дверцями. В такий спосіб ця система забезпечує переміщення дверець в осьовому напрямі відносно камери (1). У цьому варіанті реалізації винаходу осад завантажений через отвір, сформований відкритими дверцями. У загальному випадку камера (1) спирається на землю і стримується на місці на лапах (15), які разом з частиною, що спирається на землю, формують нижню частину камери (1). Усередині в нижній частині камери (1) міститься додаткова стінка, що формує сферичний резервуар (7), в який завантажують осад (5), призначений для сушіння. Цей резервуар (7) включає верхні виступи (71), які прикріплені до камери (1) і в яких сформовані маленькі отвори. Ці отвори забезпечують стікання до основи камери (1) води, що утворилася на її внутрішній стінці у виді конденсату. У варіанті реалізації винаходу, представленому на Фіг.1, матеріал (5), призначений для сушіння, завантажують в камеру (1) через підвід (8) для завантаження матеріалу. Цей підвід (8) розташований з одного боку камери (1) по середині її висо 94747 8 ти. У варіанті реалізації винаходу, представленому на Фіг.2, завантаження матеріалу (5) здійснюють за допомогою резервуару, який розміщений на рухомому візку (151, 152) і може бути переміщений з бічної сторони з подальшим розвантаженням його перекиданням. Осадом (5), що обробляється відповідно до даного винаходу, може бути осад стічних вод, рідкий гній, відходи з септичних резервуарів і т.п. Камера (1) також має щонайменше один круглий або прямокутний отвір (2), що становить вікно (2). У одному варіанті реалізації даного винаходу камера (1) має декілька вікон (2). Ці вікна (2) виконані з матеріалу, що забезпечує герметизацію відносно пари, але проникного для мікрохвильового випромінювання. У одному варіанті реалізації винаходу вікна (2) виконані з кристалічного кварцу. У іншому варіанті реалізації винаходу вікна (2) виконані з тефлону або будь-якого іншого матеріалу, який є проникним для електромагнітного випромінювання і забезпечує герметизацію відносно пари. Вікна (2), що знаходяться під тиском, використовуються для подачі мікрохвиль (23) у внутрішню частину камери (1) і є передавальними вікнами (2). Таким чином, вони пропускають мікрохвилі (23), які потім впливають на осад (5), призначений для сушіння. Мікрохвилі (23) проходять по хвилеводу (24) щонайменше до одного вікна (2). Хвилевід (24) сполучений через узгоджував (адаптер) (21) імпедансу з мікрохвильовим генератором (22). Таким чином хвилевий генератор (22, 23) використовується для обробки призначеного для сушіння осаду (5). Вікна (2) камери (1) розташовані в її верхній частині, яка протилежна до нижньої частини камери, що спирається на землю. У першому варіанті реалізації винаходу, представленому на Фіг.1, камера (1) є вертикальною. При цьому її висота більше її ширини. В цьому випадку камера (1) має отвір в кінці, протилежному до кінця, що спирається на землю. Вікна (2) розташовані у верхній частині нижче цього отвору і, отже, під кришкою (10). В цьому випадку мікрохвилі проходять через вікна перпендикулярно основі резервуару і потім перенаправляються для вертикального входу в матеріал (5). У іншому варіанті реалізації винаходу вікна (2) розміщені на кришці (10) і завдяки цьому забезпечують прямий вхід випромінювання вертикально в матеріал (5). У другому варіанті реалізації винаходу, представленому на Фіг.2, резервуар розташований горизонтально; його ширина більше його висоти. В цьому випадку отвір, який також розташований в одному кінці, розміщений на стороні, протилежній до джерела енергії. Вікна (2) камери (1) також розміщені в її верхній частині, яка протилежна до нижньої частини камери, що спирається на землю. У будь-якому варіанті реалізації винаходу прямокутні вікна (2),орієнтовані так, що вони перевернуті відносно один одного, тобто одне вікно орієнтоване по довжині, а інше поруч по висоті і т.д., як проілюстровано на Фіг.2. Камера (1) сполучається щонайменше двома трубопроводами щонайменше з двома парогене 9 руючими системами. Перший парогенератор (9) виробляє насичену пару, яка поступає в камеру (1) по всьому її об'єму перед завантаженням матеріалу (5). Другий парогенератор (32) виробляє перегріту пару, яка поступає безпосередньо у матеріал (5). У камері (1) розміщений змішувач (3), який виготовлений з труби (31, 31'), що проходить через камеру (1). Ця труба (31, 31') з'єднана з генератором (32) і містить щонайменше один перемішуючий елемент (35, 35'). Цей перемішуючий елемент (35, 35') має засоби (33, 33') введення перегрітої пари, які сформовані отворами (33, 33'), виконаними на змішуючому елементі (35, 35'). Пара, вироблена генератором (32) надходить по трубі до змішуючого елементу (35, 35'), і потім вводиться засобами (33, 33') в центральну область матеріалу (5). У першому варіанті реалізації винаходу перемішуючий елемент (35) сформований лопатями, прикріпленими до кінця труби (31) поблизу основи камери (1). Змішувач повертають двигуном (34), розміщеним зовні камери (1). Лопаті відповідають сферичній або еліптичній формі основи резервуару (7). Вказана труба зміщена відносно осі (А) симетрії резервуару до стінки, далекої від джерела мікрохвиль. У другому варіанті реалізації винаходу перемішуючий елемент (35') сформований прямокутними лопатями, прикріпленими до труби (31') по її колу, переважно з утворенням спіралі і на відстані одна від одної. Труба отримує обертання від двигуна (34) і діє як безконечний гвинт. У обох випадках, лопаті встановлені як можна ближче до основи резервуару (7) для перемішування максимальної кількості матеріалу (5). Для виготовлення лопатей використовується стійкий для мікрохвиль матеріал, наприклад, пірекс або тефлон. Лопаті встановлені так, що до сушіння вони не проходять поза матеріалом (5), і кількість матеріалу (5) вибрана такою, що в кінці сушіння лопаті не дуже виступають, щоб уникнути проблем, викликаних впливом мікрохвиль. Змішувачі, по-перше, перемішують осад (5) для забезпечення однорідного сушіння, і, по-друге, сприяють проникненню в осад (5) мікрохвиль і сприятливо діють на процес сушіння. Якщо осад не перемішувати, то на його поверхні швидко формується суха кірка, яка перешкоджає правильному проникненню мікрохвиль і, отже, перешкоджає ефективному і однорідному сушінню. Водний конденсат видаляють через трубу (4), якою керує клапан (41) видалення води і яка розташована в донній частині камери. Клапан (41) використовується для підтримки в камері (1) потрібного тиску, зменшення занадто високого тиску і відкриття камери (1) в атмосферу після завершення сушіння. Верхня частина камери (1) містить запобіжний клапан (12), який налаштований на заданий тиск і який діє лише в екстреному випадку при необхідності відрегулювати тиск додатково до клапана (41). При нормальній роботі пристрою клапан (12) 94747 10 не використовується. Камера (1) також містить охолоджуючи засоби (203), що розташовані в її подвійній стінці. Засоби (203) розміщені з можливістю охолоджування нижньої частини камери (1), прискорюючи в такий спосіб конденсацію випареної води. Засоби (203) можуть бути виконані у вигляді, наприклад, змійовика, в якому тече газ-холодоагент. Засоби (203) формують у камері холодну зону (200) і гарячу зону (300). Розділення (202) двох зон проходить між половиною висоти до трьох чвертей висоти від нижньої частини камери. У своїй нижній частині камера (1) містить дверці (6), використовувані для видалення висушеного матеріалу після закінчення осушного циклу. У варіанті реалізації винаходу, представленому на Фіг.1, дверці (6) також містять направляючу, яка допомагає змішувачу (3) зберігати пряме положення і запобігає його перекиданню під час перемішування. Камера (1) містить засоби (11) виміру температури і тиску для регулювання цих параметрів під час сушіння. Вузол отворів камери (1) включає систему клапанів (91, 81, 61, 41), яка забезпечує герметичність камери (1), а також запобігає витоку мікрохвиль. Усі тиски і температури, використовувані в контексті даного винаходу, розраховані зокрема по діаграмі Мольє. Спосіб сушіння, який використовує пристрій, описаний вище й включає наступні операції, під час яких: - підвищують тиск в камері (1) подачею в неї насиченої пари до досягнення тиску, відповідного потрібній робочій температурі насиченої пари. Наприклад, може бути вибраний тиск 1 бар для температури насиченої пари 100°С, до 3 бар для температурі насиченої пари 130°С. - вводять матеріал (5), який є осадом і на даному етапі містить від 70% до 80% води. - подають перегріту пару за допомогою труби (31, 31') і перемішуючих елементів (35, 35') в центральну область осаду (5) при його одночасному перемішуванні. Перемішування дуже важливо, оскільки воно забезпечує однорідне сушіння. Перегріту пару вводять при тиску в діапазоні від 1 до 5 бар, і до 3 бар в одному варіанті реалізації винаходу. В результаті осад (5) нагрівається до температури приблизно 130°С. На цій стадії відбувається попереднє сушіння матеріалу. - після нагрівання до температури 130°C матеріал для прискорення сушіння опромінюють мікрохвилями в діапазоні від 400 до 2450 МГц. Завдяки цьому створюється різниця тисків між верхньою частиною камери (1) і її нижньою частиною, в якій знаходиться осад (5). Ця різниця тисків сприяє відведенню води до зовнішніх областей осаду (5). Потужність генераторів мікрохвиль розрахована так, що осад (5) нагрівається до температури, що є вищою за температуру насиченої пари. У присутності насиченої пари вивільнена з осаду під час його обробки під тиском волога стікає під дією сили тяжіння по холодних стінках під 11 грати (71) через клапан (41) для відновлення. Система керування відкриває клапан (41) через рівномірні інтервали часу кожен раз, коли рівень зібраної вологи досягає грати"; Камера (1) містить датчик рівня, який керує автоматичним відкриттям клапана (41). Через деякий час, після висихання осаду, генератор мікрохвиль вимикають і поступово зменшують тиск до атмосферного. Процес видалення вологи з осаду (5) може бути прискорений збільшенням насиченості середовища, що оточує осад (5), і раціональним використанням енергії мікрохвильового випромінювання, завдяки чому витрата енергії виявляється набага 94747 12 то меншою, ніж у відомих технічних рішеннях, і сушіння відбувається швидше при меншій витраті енергії. Крім того робота з насиченою парою під тиском усуває небезпеку вибуху завдяки утрудненню доступу кисню. Очевидно, що даний винахід може бути реалізований і по-іншому без виходу за межі об'єму винаходу, обмеженого його формулою. У зв'язку з цим представлені варіанти реалізації винаходу є лише ілюстративними і можуть бути модифіковані в об'ємі формули винаходу, що додається, а сам винахід не обмежується ознаками, детально описаними вище. 13 94747 14 15 Комп’ютерна верстка А. Рябко 94747 Підписне 16 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601