CS197338B2

CS197338B2 - Apparatus for low-pressure drying solutions and suspensions by atomizing

Info

Publication number: CS197338B2
Application number: CS819769A
Authority: CS
Inventors: Tibor Horvath; Gyoergy Kiraly; Jozsef Pernyeszi
Original assignee: Tibor Horvath
Priority date: 1968-12-12
Filing date: 1969-12-12
Publication date: 1980-04-30
Also published as: DK131395B; BG17465A3; YU32825B; YU311969A; DK131395C

Description

Vynález se týká zařízení pro nízkotlaké sušení roztoků a suspenzí rozprašováním do proudu sušícího plynu.The invention relates to a device for low pressure spray drying of solutions and suspensions into a drying gas stream.

Sušení roztoků a suspenzí rozprašováním je výhodné z toho důvodu, že může být prováděno kontinuálně, přičemž vzniká disperzní systém pevných zrn, takže není nutné další rozmělňování usušené hmoty. Nevýhodou doposud používaných zařízení pro sušení rozprašováním je však vysoká spotřeba energie a poškozování usušené hmoty při nesouproudém sušení materiálů citlivých na teplo.Spray drying of the solutions and suspensions is advantageous because it can be carried out continuously to form a solid grain dispersion system, so that no further comminution of the dried mass is necessary. However, the disadvantages of the spray drying devices used hitherto are the high energy consumption and the damage to the dried mass in the non-co-current drying of heat-sensitive materials.

Je známo zařízení k sušení rozprašováním pomocí odstředivé síly, které je opatřeno v sušicí komoře rychlootáčkovým rozprašovacím kotoučem, z něhož rozprašovaná látka padá buď do protiproudu se sušícím médiem proudícím směrem nahoru, anebo do proudu sušícího média usměrněného dolů. Ani v tomto druhém případě neprobíhá však rozprašování přesně v souproudu se sušícím médiem. V důsledku zpětných vírů při nesouproudém sušení přichází již usušená hmota opět do styku se vstupujícím horkým sušícím médiem a dochází k její škodlivé oxidaci nebo ke změně zbarvení. Poháněči ústrojí pro vysokootáčkový rozprašovací kotouč je složité a poruchové, takže dochází k častým prostojům, které jsou způsobová2 ny také tím, že se rozprašovací kotouč rychle opotřebovává a že se ucpává.A centrifugal force spray drying apparatus is known which is provided in a drying chamber with a high speed spray disk from which the substance to be sprayed falls either upstream with the drying medium flowing upwards or into the drying medium flow directed downwards. In this latter case, however, the spraying does not take place exactly in co-current with the drying medium. As a result of backwashing in non-continuous drying, the dried material again comes into contact with the incoming hot drying medium, causing its harmful oxidation or discoloration. The drive device for the high speed spray disk is complicated and malfunctioning, so that frequent downtime occurs, which is also caused by the spray disk being rapidly worn and clogged.

U dalších známých zařízení k sušení rozprašováním se kapalina nebo kašovitá pasta, tj. látka určená k sušení, přivádí a rozprašuje tlakem kapalíny nebo plynu. Nevýhodou těchto zařízení je rovněž vysoká spotřeba energie a nedostatečně šetrné zacházení s usušenou hmotou, protože v nejlepším případě je možno uskutečnit křížové, tj. opět nesouproudé proudění mezi rozprašovanou'látkou a sušícím médiem. Při rozprašování tlakovým vzduchem brání studený rozprašovací vzduch účinnému styku rozprašované hmoty s teplým sušícím médiem.In other known spray drying devices, the liquid or slurry, i.e. the substance to be dried, is fed and sprayed by the pressure of the liquid or gas. A disadvantage of these devices is also the high energy consumption and the inadequate handling of the dried material, since at best, a cross-flow, i.e. again non-flowing, flow between the sprayed material and the drying medium can be realized. When spraying with compressed air, the cold spraying air prevents effective contact of the sprayed material with the hot drying medium.

U všech známých zařízení dosahuje koncentrace rozprašované látky v sušícím prostoru v některých směrech mnohonásobku průměrné hodnoty. V místech s větší hustotou kapiček není dostatečný styk kapiček se sušícím médiem a dochází k jejich opětnému spojování. Vzhledem k výskytu větších kapek vzniká potřeba většího sušícího prostoru a prodloužení doby působení sušícího média.In all known devices, the concentration of the substance to be sprayed in the drying chamber is several times the average value in some directions. In places with a higher droplet density, the droplets do not have sufficient contact with the drying medium and re-join. Due to the occurrence of larger drops, there is a need for a larger drying space and an increase in the drying medium exposure time.

Při souproudém sušení by působení suší-, čího média bylo mnohem účinnější a současně šetrnější, protože horké sušící médium by působilo na vstupující rozprášenou látku s největším obsahem vlhkosti, zatímco usušená zrnitá hmota by byla obklopena již ochlazeným sušícím médiem. Překážkou k zavedení souproudého sušení je však nebezpečí vynášení sušené látky ven proudem sušícího média ještě před jejím úplným usušením.In co-current drying, the action of the drying medium would be much more efficient and gentle at the same time, since the hot drying medium would act on the incoming spray substance with the highest moisture content, while the dried granular mass would be surrounded by the already cooled drying medium. An obstacle to the introduction of co-current drying, however, is the risk of carrying the dried substance out of the drying medium stream before it is completely dried.

Vynález odstraňuje nedostatky dosavadních sušicích zařízení a umožňuje provádět hospodárné a šetrné nízkotlaké sušení roztoků a suspenzí rozprašováním do proudu sušícího plynu, který je v souproudu s rozprašavacím plynem, pomocí zařízení opatřeného jednak rozprašovačem se třemi souosými kanály, z nichž mezi vnitřním a vnějším kanálem pro rozprašovací plyn je prostřední kanál pro rozprašovanou látku, v kterýchžto kanálech jsou lopatkové systémy se šroubovými plochami, jednak sušicím bubnem. Podstata vynálezu spočívá v tom, že stoupání šroubových ploch ve vnitřním kanále a ve vnějším kanále rozprašovače má stejný smysl, zatímco stoupání šroubových ploch v prostředním kanále má smysl opačný, přičemž rozprašovač je upraven ve vířivé komoře vytvořené ve vrcholu'horní kuželové části sušicího bubnu, do kteréžto vířivé komory ústí tangenciálně přívodní potrubí horkého· sušícího plynu, zatímco výstupní potrubí ochlazeného sušícího plynu vyúsťuje ze spodní kuželové části sušícího bubnu, opatřené na svém spodním konci výstupní trubkou pro usušenou hmotu.The invention removes the drawbacks of the prior art drying devices and makes it possible to carry out economical and gentle low-pressure spray drying of solutions and suspensions into a drying gas stream that is co-current with the atomizing gas, by means of a device provided with the gas is the central channel for the substance to be sprayed, in which the channels are vane systems with screw surfaces and a drying drum. The principle of the invention is that the pitch of the screw faces in the inner channel and the outer channel of the sprayer has the same meaning, while the pitch of the screw faces in the middle channel has the opposite effect, the sprayer being arranged in a swirl chamber formed at the top of the top conical portion of the drying drum. tangentially, a hot drying gas inlet conduit opens into the vortex chamber, while the cooled drying gas outlet conduit extends from the lower conical section of the drying drum, provided at its lower end with a dried material outlet pipe.

Dostatečně· účinného rozprašování se podle vynálezu dosáhne tím, že kapalné nebo kašovité látce vystupující z rozprašovače je udělován rotační moment opačného smyslu než rozprašovacímu plynu, přičemž film rozprašované látky je na výstupu z prostředního kanálu obklopen z obou stran rozprašovacím plynem, takže i při nízkém tlaku plynu se tento film rozptýlí na kapičky malého průměru. Velikost kapiček je snadno seřiditelná změnou množství a tlaku plynu. Provedením sušicího bubnu á uspořádáním ve vrcholu jeho horní kuželové části vířivé komory s tangenciálním přívodem sušícího plynu se dosáhne účinného a šetrného souproudového sušicího procesu bez zpětných vírů.Sufficiently effective atomization is achieved according to the invention in that a liquid or slurry exiting the atomizer is imparted a rotational torque of opposite direction to the atomizing gas, wherein the atomizing gas film at the outlet of the middle channel is surrounded by both atomising gas on both sides. gas, this film is dispersed into small diameter droplets. Droplet size can be easily adjusted by varying the gas quantity and pressure. By designing the drying drum and disposing at the top of its upper conical part of the vortex chamber with a tangential drying gas supply, an efficient and gentle co-current drying process without backwashing is achieved.

Předmět vynálezu je patrný z popisu a schematického výkresu, na němž je znázorněno zařízení podle vynálezu v příkladu provedení. Na obr. 1 je znázorněn ve svislém řezu rozprašovač, na obr. 2 svislý řez zařízením a na obr. 3 zařízení v pohledu shora.The object of the invention is evident from the description and schematic drawing showing the device according to the invention in an exemplary embodiment. FIG. 1 is a vertical sectional view of the atomizer; FIG. 2 is a vertical sectional view of the device; and FIG. 3 is a top view of the device.

Zařízení znázorněné na obr. 2 sestává ze sušicího bubnu 17, který má mezi horní kuželovou částí 18 a spodní kuželovou částí 19 válcový tvar. Ve vrcholu horní kuželové části 18 je vytvořena válcová vířivá komora 20, do níž ústí tangenciálně přívodní potrubí 23 horkého sušícího plynu a v níž je umístěn rozprašovač 21, Ze spodní kuželové části 19 vyúsťuje výstupní potrubí 26 ochlazeného· sušícího plynu a na jejím spodním konci je výstupní trubka 25 pro usušenou hmotu. Ve výstupní trubce 25 je upraven komůrkový podavač 24.The apparatus shown in FIG. 2 consists of a drying drum 17 having a cylindrical shape between the upper conical portion 18 and the lower conical portion 19. A cylindrical vortex chamber 20 is formed at the top of the upper conical portion 18, into which a hot drying gas inlet conduit 23 is disposed tangentially and in which a sprayer 21 is disposed. The lower conical portion 19 leads to a cooled drying gas outlet conduit 26 and an outlet pipe 25 for the dried mass. A cell feeder 24 is provided in the outlet tube 25.

Pro bezporuchovou funkci zařízení je vrcholový úhel horní kuželové části 18 sušicího· bubnu 17 větší než vrcholový úhel rozprašovacího kužele 22 rozprašované látky a tvořící přímka spodní kuželové části 19 je strmější než sypný úhel usušené hmoty.For trouble-free operation of the apparatus, the apex angle of the upper conical portion 18 of the drying drum 17 is greater than the apex angle of the spray cone 22 of the substance to be sprayed and the line of the lower conical portion 19 is steeper than the flow angle of the dried mass.

Podle obr. 1 je vnitřní prostor rozprašovače 21 rozdělen na tři souosé kanály 1, 2, 3, z nichž mezi vnějším kanálem 3 a vnitřním kanálem 1 pro rozprašovací plyn je prostřední kanál 2 pro rozprašovanou látku, kterou je buď kapalina, anebo kašovitá pasta. Do vnějšího kanálu 3 vyúsťuje přívodní trubka 13 rozprašovacího plynu, od níž odbočuje převáděcí trubka 14, která vyúsťuje do vnitřního kanálu 1. Rozprašovaná látka se přivádí hrdlem 15. Mezi vnějším kanálem 3 a prostředním kanálem 2 je tepelná izolace 16, která má za účel zabránit uschnu• tí kašovité pasty při kratších provozních přestávkách.According to Fig. 1, the inner space of the atomiser 21 is divided into three coaxial channels 1, 2, 3, of which between the outer channel 3 and the inner atomization gas channel 1 there is an intermediate atomization channel 2, which is either liquid or slurry. A spray gas inlet pipe 13 opens into the outer duct 3, from which a transfer tube 14 flows into the inner duct 1. The substance to be sprayed is fed through the throat 15. There is a thermal insulation 16 between the outer duct 3 and the intermediate duct 2. drying of the paste during shorter breaks.

V kanálech 1, 2, 3 jsou lopatkové systémy 5, 7, 8 se šroubovými plochami pro uvedení jak rozprašovacího plynu, tak i rozprašované kapaliny do rotace. Ve vnějším kanále 3 je vnější lopatkový systém 8 s levochodým stoupáním, které je v blízkosti vstupní hrany 9 největší a směrem k výstupní hraně 10 se postupně zmenšuje. Pro rovnoměrné rozdělení proudu plynu je na výstupu z vnějšího kanálu 3 umístěna soustava žaluzií 11, které jsou uspořádány šikmo ve směru odpovídajícím šroubovým plochám vnějšího lopatkového systému 8.In the channels 1, 2, 3 there are vane systems 5, 7, 8 with helical surfaces for bringing both the atomizing gas and the atomizing liquid into rotation. In the outer channel 3 there is an outer vane system 8 with a left-hand pitch, which is the largest near the inlet edge 9 and gradually decreases towards the outlet edge 10. To distribute the gas flow evenly, a system of louvers 11 is arranged at the outlet of the outer channel 3, which are arranged obliquely in the direction corresponding to the screw surfaces of the outer vane system 8.

V blízkosti výstupního ústí 4 je ve vnitřním kanále 1 vnitřní lopatkový systém 5. V prostředním kanále 2 je před výstupní tryskou 6 prostřední lopatkový systém 7. Stoupání šroubových ploch lopatkových systémů 5, 8 ve vnitřním kanále 1 a vnějším kanále 3 má stejný smysl, zatímco stoupání šroubových ploch lopatkových systémů 7 v prostředním kanále 2 má smysl opačný.In the vicinity of the outlet orifice 4, there is an internal vane system 5 in the inner channel 1. In the intermediate channel 2, there is an intermediate vane system 7 in front of the outlet nozzle 6. The screw surfaces of the vane systems 5, 8 in the inner channel 1 and outer channel 3 have the same meaning, the pitch of the helical surfaces of the vane systems 7 in the central channel 2 has the opposite effect.

Na svém spodním konci rozprašovač 21 vyúsťuje do sušicího prostoru bubnu 17 výstupním otvorem 12.At its lower end, the atomizer 21 opens into the drying chamber of the drum 17 through an outlet 12.

Funkce popsaného zařízení je tato:The function of the described device is as follows:

Do prostředního kanálu 2 rozprašovače 21 se hrdlem 15 přivádí látka určená k rozprášení a usušení. Teplý rozprašovací plyn pod tlakem se přivádí jednak přívodní trubkou 13 tangenciálně do vnějšího kanálu 3, jednak prostřednictvím převáděcí trubky 14 do vnitřního· kanálu 1 ve směru jeho osy. Ve vnějším kanále 3 se tangenciálně vstupující proud rozprašovacího plynu usměr ňuje vnějším lopatkovým systémem 8 šroubovité, tj. je mu udělován, rotační moment. Rotační moment téhož smyslu je udělován vnitřním lopatkovým systémem 5 plynu proudícímu z vnitřního kanálu 1. Vzhledem k opačnému smyslu stoupání šroubovicových ploch prostředního lopatkového systému 7 v prostředním kanále 2 je filmu kapaliny nebo pasty vystupujícímu z tohoto kanálu 2 udělován rotační moment opačného smyslu. Tím, že tento film je obklopen z obou stran rozprašovacím plynem, který proudí v opačném smyslu a jehož rychlost je navíc řádově 10 až lOOkrát větší, dochází k účinnému rozptýlení rozprašované látky na drobné kapičky i při poměrně nízkém tlaku rozprašovacího plynu. Přitom se rozptylovaná látka částečně předsuší, protože rozprašovací plyn je teplý.Substance to be sprayed and dried is fed to the central channel 2 of the sprayer 21 with the neck 15. Warm pressurized atomizing gas is supplied by the supply pipe 13 tangentially to the outer channel 3 and by means of the transfer tube 14 to the inner channel 1 in the direction of its axis. In the outer channel 3, the tangentially entering atomizing gas flow is directed by the external vane system 8 helically, i.e. it is imparted to it by a rotational moment. The rotational moment of the same direction is given by the inner vane system 5 of the gas flowing from the inner channel 1. Because of the opposite direction of the helical surfaces of the intermediate vane system 7 in the middle channel 2, the liquid or paste film exiting this channel 2 is given a rotational moment of the opposite direction. The fact that the film is surrounded on both sides by a spray gas which flows in the opposite direction and whose velocity is in the order of 10 to 100 times greater, effectively distributes the spray substance to tiny droplets even at relatively low spray gas pressure. In this case, the dispersed substance is partially pre-dried because the atomizing gas is warm.

Současně se do vířivé komory 20 přivádí tangenciálně proud sušícího plynu, kterému je ve vířivé komoře 20 udělován rotační moment stejného smyslu, jako má proud rozprašovacího plynu.At the same time, a drying gas stream is supplied tangentially to the swirl chamber 20, to which a rotational moment is imparted in the swirl chamber 20 in the same sense as the atomizing gas stream.

Do horní kuželové části 18 sušicího bubnu 17 vstupuje takto jednak rotující rozprašovací plyn z rozprašovače 21, unášející kapičky částečně předsušené rozptýlené látky, jednak ve stejném smyslu rotující sušící plyn z vířivé komory 20. Směs plynu a kapiček se pohybuje v souproudu ve válcové části sušicího bubnu 17 po šroubovité dráze, přičemž sušená látka vysychá a sušící plyn se ochlazuje. Ve spodní kuželové části 19 se oddělují usušená zrnéčka od ochlazeného sušícího plynu. Plyn se odvádí výstupním potrubím 26, zatímco usušená zrnitá hmota se odvádí samospádem výstupní trubkou 25.Thus, the top conical portion 18 of the drying drum 17 enters, on the one hand, the rotating spray gas from the atomizer 21 carrying the droplets of the partially pre-dried dispersed substance, and the rotating drying gas from the vortex chamber 20. 17 along a helical path, wherein the dried substance dries and the drying gas is cooled. In the lower conical portion 19 the dried granules are separated from the cooled drying gas. The gas is discharged through the outlet conduit 26, while the dried granular mass is discharged by gravity through the outlet pipe 25.

fRedmStfRedmSt

Zařízení pro nízkotlaké sušení roztoků a suspenzí rozprašováním do proudu sušícího plynu, který je v souproudu s rozprašovacím plynem, opatřené jednak rozprašovačem se třemi souosými kanály, z nichž mezi vnitřním a vnějším kanálem pro rozprašovací plyn je prostřední kanál pro rozprašovanou látku, v kterýchžto kanálech jsou lopatkové systémy se šroubovými plochami, jednak sušicím bubnem, vyznačené tím, že stoupání šroubových ploch ve vnitřním kanále (1) a ve vnějším kanále (3) rozprašovače (21) má stejný smysl, zatímco stoupáníApparatus for low pressure spray drying of solutions and suspensions into a drying gas stream co-current with a spray gas, equipped with a sprayer having three coaxial channels, of which between the inner and outer spray gas channels there is an intermediate spray liquid channel, in which channels blade systems with screw surfaces, on the one hand, a drying drum, characterized in that the pitch of the screw surfaces in the inner channel (1) and the outer channel (3) of the atomiser (21) has the same meaning, while the pitch

VYNALEZUVYNALEZU

Claims

BACKGROUND OF THE INVENTION The screw surfaces in the central channel (2) have the opposite sense, with the atomizer (21) being provided in a swirl chamber (20) formed at the top of the upper conical portion (18) of the drying drum (17) into which swirl chamber (20) tangentially a hot drying gas inlet conduit (23), while the cooled drying gas outlet conduit (26) terminates from a lower conical portion (19) of the drying drum (17) provided at its lower end with a dried material outlet pipe (25).

2 leafs of drawing

Severosrafia. n. d .. race 7. Most