FI68460C - Foerfarande foer styrning av torkning av ett material i partikalform i suspension - Google Patents

Description

1 68460

Menetelmä, jolla ohjataan raemateriaalin suspensiona tapahtuvaa kuivausprosessia

Nyt esiteltävä keksintö koskee kuivaustekniikkaa ja nimenomaan menetelmiä, joilla ohjataan raemateriaalin suspensiona tapahtuvaa kuivausprosessia. Keksintöä voidaan soveltaa kemian teollisuuteen, lääke- ja elintarviketeollisuuteen ja myös kunnallisten viemärijärjestelmien jätevesilietteen sekä radioaktiivisen isotooppijätteen kuivaamiseen.

10 .

Jo ennestään tunnetaan eräs menetelmä, jolla ohjataan raemateriaalin suspensiona tapahtuvaa kuivausprosessia (vrt.

SU-keksijätodistus 579518 vuodelta 1975). Tähän menetelmään kuuluu lämmönsiirtoaineen lämpötilan stabilointi ja kuivaus- laitteistoon syötetyn lähtöaineen virtausnopeuden muuttami-15 nen kuivatun materiaalin kosteuspitoisuuden perusteella. Käytettäessä tätä menetelmää, jossa lähtöaineen virtausnopeus muutetaan esim. lähtöaineen kosteuspitoisuudessa, tiheydessä ym. esiintyvän muutoksen perusteella, muuttuu kaasususpension konsentraatio kuivauslaitteen kuivaustilassa. ^ vastaavasti.

Toisaalta tiedetään, että kuivauslaitteiston kapasiteetti määräytyy lämmön- ja massanvaihdon tehokkuuden perusteella kaasususpension kiinteän ja kaasumaisen faasin välillä.

Lämmön- ja massanvaihdon tehokkuus riippuu taas kaasususpen- 2 5 sion konsentraatiosta tietyssä kuivausvolyymissa, ts. kaasu-suspension konsentraation ollessa alhainen lämmön- ja massanvaihdon teho on alhainen, ja konsentraation kasvu aiheuttaa ensin lämmön- ja massanvaihdon lisääntymisen ja sitten sen vähenemisen, mikä merkitsee sitä, että on olemassa tietty 30 . . .

optimaalinen kaasususpension konsentraatio, joka saa aikaan kuivausprosessin maksimitehon (vrt. esim. "Protsessi perenosa vo vstrechnih strujah", julkaisija Elperin I.T., Minsk, julkaisu "Nauka i Tehnika" , 1972 , s. 115, kuva 35, s. 5*4).

35 2 68460 Näin ollen kaasususpension konsentraation muuttuminen em. menetelmän mukaisessa kuivausprosessissa aiheuttaa kuivauslaitteiston kapasiteetin laskemisen.

Esillä olevalla keksinnöllä pyritään kehittämään 5 lähinnä sellainen menetelmä, jolla ohjataan raemateriaalin suspensiona tapahtuvaa kuivausprosessia siten, että kaasu-suspension konsentraatio tietyssä kuivausvolyymissa pystytään pitämään sellaisella tasolla, joka takaa kuivaamon maksimikapasiteetin.

10 Keksinnön kohteena on tarkemmin sanottuna menetelmä osasten muodossa olevan materiaalin suspensiossa tapahtuvan kuivauksen ohjaamiseksi stabiloimalla lämmönkantimen lämpötila ja muuttamalla kuivaus laitteeseen syötettävän lähtöaineen virtausnopeutta riippuen kuivatun materiaalin kosteus-15 pitoisuudesta.

Keksinnölle on tunnusomaista, että lähtöaineen virtausnopeuden muutoksesta riippuen ylläpidetään lämmönkanninvir-taan johdetun materiaalin ennakolta määrätty virtausnopeus, joka vastaa kaasususpension annettua konsentraatiota kuivaus-20 tilassa, ja joka stabiloidaan muuttamalla sen materiaaliosan virtausnopeutta* joka erotetaan kuivaustilasta ja johdetaan uudelleen lämmönkanninvirtaan yhdessä lähtöaineen kanssa.

Keksinnön mukaisesti osa kuivattavaa materiaalia otetaan pois kuivaustilasta ja kierretään uudestaan lämmönkanninvir-25 taukseen lähtöaineen mukana po. osan virtausnopeuden muuttuessa tällöin lähtöaineen virtausnopeudesta riippuen, niin että lämmönkanninvirtaukseen tulevan materiaalin kokonais-virtausnopeus vastaa etukäteen määrättyä kaasususpension konsentraatiota kuivaustilassa.

30 Kun kaasususpension konsentraatio kuivaustilassa pide tään optimaalisena, päästään tehokkaimpaan lämmön- ja massa-vaihtoon, jolloin lämmönkantimen energiaa voidaan käyttää hyväksi parhaalla mahdollisella tavalla.

On edullista mitata paineen aleneminen kuivaustilassa 35 ja muuttaa lämmönkanninvirtaukseen uudelleen johdettavan materiaaliosan virtausnopeutta paineen alenemisesta riippuen siten, että lämmönsiirtoainevir- 68460 taukseen tulevan materiaalin kokonaisvirtausnopeus vastaa kaasususpension etukäteen määrättyä konsentraa-tiota kuivausvolyymissa.

Kuivausvolyymin paineen alenemiseen liittyvän 5 mittauksen avulla pystytään muuttamaan lämmönsiirto- ainevirtaukseen uudelleen johdetun materiaalin virtausnopeutta ennen kuivatun tuotteen kosteuspitoisuuden muuttamista (liittyy paineen alenemiseen), jolloin kaasususpension konsentraatio palautuu nopeammin.

10 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin erään rakenne- esimerkin avulla viittaamalla tällöin oheiseen piirustukseen, joka havainnollistaa järjestelmää, johon sovelletaan keksinnön mukaista menetelmää.

Kuivausprosessi, jota varten po. menetelmä on 15 suunniteltu, käsittää materiaalin syöttämisen lämmön- siirtoainevirtaukseen, esim. kaasu, joka on kuumennettu sopivan kuivausjakson takaavaan lämpötilaan. Lämmön- ja massavaihto kaasun ja perusmateriaalin välillä tapahtuu as. kaasususpensiona, minkä tuloksena materiaali on 20 dispergoitua ja kuivattua.

Keksinnön mukainen kuivausprosessin ohjausmenetelmä voidaan toteuttaa seuraavalla tavalla. Lämmönsiir-toaineen lämpötila pidetään vakiona kuivaamon kuivaus-tilan sisääntulossa esimerkiksi lisäämällä polttoai- 25 neen kulutusta, kun lämmönsiirtoaineen lämpötila laskee, ja vähentämällä sitä lämmönsiirtoaineen lämpötilan noustessa.

Samanaikaisesti mitataan kuivatun materiaalin kosteuspitoisuus. Jos se poikkeaa halutusta arvosta esim. 30 kuivaamoon syötetyn perusmateriaalin kosteuspitoisuuden vaihteluista johtuen, muutetaan perusmateriaalin virtausnopeutta, kunnes kuivatun tuotteen kosteuspitoisuus on jälleen oikea. Perusmateriaalin virtausnopeutta lisätään, jos kuivatun tuotteen kosteuspitoisuus laskee, ja 35 päinvastoin.

4 68460

Keksinnön mukaan osa kuivattavaa materiaalia, esim. karkea, liian kuiva fraktio, joka on erotettu kuivaamon lajittelukoneella, erotetaan kuivausvolyy-mista ja ohjataan uudelleen lämmönsiirtoainevirtaukseen 5 perusmateriaalin mukana. Jotta kaasususpension konsent-raatio saadaan pysymään kuivausvolyymissa vakiona koko kuivausprosessin ajan, perusmateriaalin virtausnopeuden muutokseen liittyi vastaava muutos kuivatun materiaalin uudelleen kierrätettävän osan virtausnopeudessa, niin 10 että lämmönsiirtoainevirtaukseen tulevan materiaalin kokonaisvirtausnopeus pysyy muuttumattomana, ts. perusmateriaalin virtausnopeuden kasvaessa uudelleen kierrättävän materiaalin virtausnopeus laskee saman verran, ja kun perusmateriaalin virtausnopeus laskee, uudelleen 15 kierrätettävän materiaalin virtausnopeus kasvaa saman verran.

Materiaalin kokonaisvirtausnopeus G^ määrätään etukäteen käyttämällä tällöin sellaista kaasususpension optimikonsentraatiota K, jolla on todettu päästävän 20 po. laitoksissa tehokkaimpaan lämmön- ja massanvaihtoon kuivausvolyymissa, sekä volymetristä lämmönsiirtoa!-neen virtausnopeutta 0>2 (nimellisnopeus) suhteen Gj = KG^ mukaisesti. Tämä kokonaisvirtausnopeus G-^ jakautuu perusmateriaalin virtausnopeudeksi ja uudel-25 leen kierrätettävän materiaalin virtausnopeudeksi.

Kuivatun tuotteen kosteuspitoisuus määrää perusmateriaalin virtausnopeuden tässä kaasususpension konsent-raatiossa. Perusmateriaalin virtausnopeus määrätään ja uudelleen kierrätettävän materiaalin virtausnopeus 30 ilmaistaan käyttämällä kuivaamon ao. käyttölaittei den virtausnopeuskarakteristiikkaa (tilastot). Käyttölaitteiden ohjauslaitteet voidaan tarvittaessa kalibroida suoraan virtausnopeusyksiköiksi.

Kuivausprosessin aikana lämmönsiirtoaineen tila- 5 68460 vuusvirtausnopeus voi muuttua esim. polttoaineen lämpöarvon muutoksesta johtuen, mutta myöskin uuni-tilan polttoaineen ja ilman välisen suhteen muuttuessa, ja myös perusmateriaalin kosteuspitoisuuden muuttu-5 essa, jne. Tällöin myös kuivausvolyymin kaasususpension konsentraatio muuttuu ja aiheuttaa muutoksen kuivatun tuotteen kosteuspitoisuuteen. Kuivaamon jatkuvasta toiminnasta riippuen tätä kosteuspitoisuuden muutosta ei kuitenkaan pystytä toteamaan heti, vaan vasta myö-10 hemmin. Toteamisajankohta riippuu tällöin ratkaisevasti laitoksen dynaamisista ominaisuuksita. Ennen po. muutoksen toteamista kaasususpension konsentraatio ei siis vastaa optimiarvoa.

Jotta kaasususpension optimikonsentraation palau-15 tumisaika saadaan lyhyemmäksi, paineen aleneminen, joka kuvaa lämmönsiirtoaineen tilavuusvirtausnopeutta, mitataan kuivausvolyymissa. Kun lämmönsiirtoaineen tilavuus-virtausnopeus poikkeaa perusarvosta, joudutaan em. suhteen avulla määräämään, kuinka paljon materiaalin koko-20 naisvirtausnopeutta on muutettava, niin että kaasusus-pensiolle saadaan optimikonsentraatio. Tämän jälkeen tällä arvolla muutetaan uudelleen kierrätettävän materiaalin virtausnopeutta siihen ajankohtaan asti, johon mennessä kuivatun tuotteen kosteuspitoisuus olisi 25 ehtinyt muuttua. On ilmeistä, että uudelleen kierrätettävän materiaalin virtausnopeus kasvaa paineen alenemisen lisääntyessä ja laskee paineen alenemisen vähentyessä.

Ehdotettu menetelmä voidaan soveltaa käytäntöön 30 piirustuksessa esitettyyn automaattiseen ohjausjärjes telmään liittyen ja sitä voidaan käyttää esim. viemäriveden lietekuivaamossa, jossa on sama-akseliset kaasukammiot 1, kiihdytysputket 2, syöttövarasto 3, vastaan-ottokammio 4, lajittelija 5 ja sykloni 6. Lämmönsiirto-35 aineena käytettävän kaasun kuumentamiseen tarvittava polttoaine syötetään kaasukammioihin 1 käyttölaitteen 7 6 68460 kautta. Kuivattava materiaali syötetään kiihdytysput-kiin 2 syöttövarastosta 3 käyttölaitteella 8.

Lajittelulaitteessa 5 on ohjauslaite, jossa siipien asento määrää lajittelulaitteen aerodynaamiset 5 ominaisuudet. Käyttölaite 10 säätää ohjauslaitteen 9 siipien pyörimiskulman.

Keksinnön mukaiseen menetelmään perustuva automaattinen ohjausjärjestelmä käsittää lämpöanturin 11, joka on asennettu esim. toisen kiihdytysputken 2 sisään-10 tuloon, edelleen lämpötilan säätölaitteen 12 (termostaatin), kuivatun tuotteen kosteuden ilmaisimen 13, kosteu-densäätölaitteen 14, paineen alenemisen ilmaisevan laitteen 15 ja uudelleen kierrätettävän materiaalin virtausnopeuden säätölaitteet 16 ja 17. Lämpöanturi 11 15 on yhdistetty lämpötilan säätölaitteen 12 sisääntuloon ja kosteuden ilmaisin 13 kosteudensäätölaitteen sisääntuloon. Lämpötilansäätölaitteen 12 ulostulo on yhdistetty käyttölaitteeseen 7, joka syöttää polttoainetta kaasukammioihin 1. Kosteudensäätölaitteen 14 ulos-20 tulo on yhdistetty käyttölaitteeseen 8, joka syöttää perusmateriaalin kiihdytysputkiin 2, ja myös uudelleen kierrätettävän materiaalin virtausnopeuden säätölaitteen 17 sisääntuloon. Uudelleen kierrätettävän materiaalin virtausnopeuden säätölaitteen 16 sisääntulo on 25 yhdistetty paineen alenemisen ilmaisevaan laitteeseen ja em. säätölaitteiden 16 ja 17 ulostulot on yhdistetty käyttölaitteeseen 10 yhteenlaskulaitteen 18 avulla. Yhteenlaskulaitteen 18 sisääntuloon on yhdistetty myös vertaussignaalin asetin 19, jonka tehtävänä on säätää 30 ohjauslaitteen 9 siivet sellaiseen asentoon, että uudel leen kierrätettävän materiaalin virtausnopeus saa aikaan kaasususpension optimikonsentraation kiihdytysputkis-sa 2 lämmönsiirtoaineen nimellisvirtausnopeudella ja kuivatun tuotteen kosteuspitoisuuden ollessa määrätty 35 etukäteen.

7 68460

Kosteudensäätölaite 14 ja lämpötilansäätölai-te 12 ovat PI-ohjauslaitteita (proportional-plus integral controllers) ja uudelleen kierrätettävän materiaalin virtausnopeuden säätölaitteet 16 ja 17 ovat 5 taas P-ohjauslaitteita (proportiona controllers).

Paineen alenemisen ilmaisimena 15 voidaan käyttää differentiaalimanometriä, jonka sisääntulot on yhdistetty kaasuputkeen ao. putkilla, esim. syklonin 6 yläpuolelle tai sen viereen. Em. laite 15 voidaan asen-10 taa myös vastaanottokammioon 4.

Kosteuden ilmaisimena 13 voidaan käyttää Valmetin (Suomi) "PULP-AIRLS"-ilmaisinta, joka sijoitetaan suoraan kuivattuun tuotteeseen.

Keksinnön mukaisen menetelmän käsittävä järjes-15 telmä toimii seuraavasti: Lämmönsiirtoaine syötetään kaasukammiosta 1 kiihdytysputkiin 2. Kuivaukseen käytettävän lämmönsiirtoaineen lämpötila pidetään vakiona ilmaisimen 11 ja käyttölaitetta 7 ohjaavan säätölaitteen 12 avulla, niin että lämmönsiirtoaineen lämpötilan 20 ylittäessä etukäteen määrätyn arvon käyttölaite 7 vähentää polttoaineen syöttöä kaasukammioihin 1. Lämmön-siirtoaineen lämpötilan alittaessa taas etukäteen määrätyn arvon polttoaineen syöttö kaasukammioihin lisääntyy.

Kuivattava materiaali syötetään käyttölaitteen 8 25 kautta kiihdytysputkiin 2, joissa se murskaantuu sekä kuivuu lämmönsiirtoainevirtojen avulla, jotka liikkuvat vastavirtaan. Tämän jälkeen materiaali menee vastaanotto-kammion 4 kautta lajittelulaitteeseen 5, joka erottaa karkean, liian vähän kuivatun materiaalin hienojakoi-30 sesta kuivatusta materiaalista. Kuivattu materiaali siirtyy sitten lämmönsiirtoaineen avulla sykloniin 6, kun taas karkea materiaali kierrätetään uudestaan kiihdytysputkiin 2 syöttövarastosta 3 tulevan perusmateriaalin kanssa. Karkean materiaalin määrä riippuu la-35 jittelulaitteen 5 aerodynaamisista ominaisuuksista, jotka määräytyvät ohjauslaitteen 9 siipien pyörimiskulmasta.

6 8 4 6 0

Kuivatun tuotteen kosteuspitoisuus pidetään halutulla tasolla kosteuden ilmaisimen 13 sekä kosteu-densäätölaitteen 14 avulla, jonka lähtösignaali määrää syöttövarastosta 3 tulevan perusmateriaalin vir-g tausnopeuden. Kun kuivatun tuotteen kosteuspitoisuus ylittää halutun arvon, säätölaite 14 vähentää käyttölaitteen 8 avulla perusmateriaalin virtausnopeutta, ja kuivatun tuotteen kosteuspitoisuuden alittaessa taas po. arvon säätölaite 14 lisää perusmateriaalin virtaus-nopeutta.

Lisäksi kosteudensäätölaitteen 14 lähtösignaali syötetään uudelleen kierrätettävän materiaalin virtausnopeuden säätölaitteeseen 17, joka muuttaa perusmateriaalin virtausnopeuden muuttuessa käyttölaitteen 10 avulla lajittelulaitteen 5 ohjauslaitteen 9 siipien pyörimiskulman siten, että uudelleen kierrätettävän materiaalin virtausnopeus muuttuu, jolloin se kompensoi perusmateriaalin virtausnopeuden muutoksen ja pitää kiihdytysputkiin 2 syötetyn materiaalin kokonais-2q virtausnopeuden vakiona, ts. kun perusmateriaalin virtausnopeus kasvaa tietyn määrän, uudelleen kierrätettävän materiaalin virtausnopeus laskee saman verran, ja päivastoin.

Uudelleen kierrätettävän materiaalin virtausno-25 peuden säätölaite 16 ohjaa käyttölaitteen 10 avulla ohjauslaitteen 9 siipien asentoa paineenlaskuilmaisi-men 15 signaalin suuruudesta riippuen, ts. lämmönsiir-toaineen tilavuusvirtausnopeuden arvon perusteella.

Jos lämmönsiirtoaineen tilavuusvirtausnopeus ylittää 20 nimellisarvon, säätölaite 16 saa tällöin aikaan sen, että käyttölaite 10 vähentää uudelleen kierrätettävän materiaalin virtausnopeutta. Näin ollen kaasususpen-sion konsentraatio kiihdytysputkissa 2 pysyy etukäteen määrätyllä optimitasolla, ja kaasususpension optimi- 9 68460 konsentreation palautuminen tapahtuu välittömästi lämmön-siirtoaineen tilavuusvirtaus.nopeud.en muutoksen jälkeen.

Kun kaasususpension konsentraatio pidetään sellaisella tasolla, että käsiteltävän materiaalin ja 5 lämmönsiirtoaineen välinen, lämmön- ja massanvaihto pysyy optimaalisena koko kuivausprosessin ajan, sekä lisäksi lyhentämällä kaasususpensiokonsentraation palau-tumisaikaa ulkopuolisten häiriöiden esiintyessä, pystytään kuivaamon kapasiteettia nostamaan.

Claims (2)

1. Menetelmä osasten muodossa olevan materiaalin suspensiossa tapahtuvan kuivauksen ohjaamiseksi stabiloimalla 5 lämmönkantimen lämpötila ja muuttamalla kuivauslaitteeseen syötettävän lähtöaineen virtausnopeutta riippuen kuivatun materiaalin kosteuspitoisuudesta, tunnettu siitä, että lähtöaineen virtausnopeuden muutoksesta riippuen ylläpidetään lämmönkanninvirtaan johdetun materiaalin ennakolta 10 määrätty virtausnopeus, joka vastaa kaasususpension annettua konsentraatiota kuivaustilassa, ja joka stabiloidaan muuttamalla sen materiaaliosan virtausnopeutta, joka erotetaan kuivaustilasta ja johdetaan uudelleen lämmönkanninvirtaan yhdessä lähtöaineen kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että mitataan paineen aleneminen kuivaus-tilassa ja muutetaan lämmönkanninvirtaan uudelleen kierrätettävän materiaaliosan virtausnopeutta paineen alenemisesta riippuen siten, että lämmönkanninvirtaan johdetun materiaalin 20 kokonaisvirtausnopeus vastaa kaasususpension annettua konsentraatiota kuivaustilassa.