MD1054Z - Uscător şi procedeu de uscare a materialelor friabile - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la domeniul procesării resturilor producţiei agricole, şi anume la uscarea materiei prime vegetale mărunţite, de exemplu, crengilor de pomi fructiferi, viţei-de-vie, paielor etc., pentru producerea peletelor sau brichetelor combustibile, şi poate fi utilizată în diferite domenii ale industriei la uscarea materialelor disperse tari.Uscătorul pentru materiale friabile conţine un corp (1) cu un racord (2) pentru debitarea amestecului de material friabil şi agent de uscare şi un racord (3) pentru evacuarea materialului uscat. Corpul (1) este executat în formă de trunchi de con, orientat cu baza mică în partea de sus a uscătorului.Procedeul, realizat cu ajutorul uscătorului menţionat, include debitarea tangenţială a amestecului de material friabil şi agent de uscare prin crearea în interiorul corpului (1) uscătorului a unui curent turbionar al amestecului, cu obţinerea suplimentară a unei forme conice din materialul friabil, coaxial cu curentul turbionar. Procedeul mai include încălzirea materialului friabil şi evaporarea apei din acesta cu ajutorul schimbului de masă şi căldură prin convecţie cu agentul de uscare.

Description

Invenţia se referă la domeniul procesării resturilor producţiei agricole, şi anume la uscarea materiei prime vegetale mărunţite, de exemplu, crengilor de pomi fructiferi, viţei-de-vie, paielor etc., pentru producerea peletelor sau brichetelor combustibile, şi poate fi utilizată în diferite domenii ale industriei la uscarea materialelor disperse tari.

Se cunoaşte un uscător pentru materiale pulverulente, care conţine o cameră verticală, în care este instalat coaxial cu joc inelar un pre-uscător, cu racorduri pentru debitarea şi evacuarea materialului, un melc amplasat în partea superioară a uscătorului şi un racord pentru debitarea agentului termic. În jocul inelar sunt amplasate racorduri elicoidale, formând canale spiralate alternante, unul dintre ele fiind dotat cu încălzitoare electrice pentru încălzirea agentului de uscare, iar celălalt fiind unit cu melcul şi cu racordul pentru evacuarea materialului uscat.

În uscătorul cunoscut, uscarea materialului are loc într-un volum relativ mare al pre-uscătorului, creând un curent turbionar de aer cu o viteză, care depăşeşte viteza de plutire a particulelor de material uscat, iar fluxul format din amestecul de material şi aer încălzit se îndreaptă spre canalele spiralate, unde viteza se măreşte brusc, datorită îngustării lui considerabile. Odată cu mărirea vitezei, se majorează şi pierderile de presiune, condiţionate de frecarea de pereţii canalelor spiralate, iar pierderile de presiune sunt proporţionale cu pătratul vitezei de deplasare a fluxului în canale. Pentru învingerea rezistenţei hidraulice a tuturor elementelor uscătorului dat se consumă o cantitate considerabilă de energie, comparabilă cu cheltuielile pentru încălzirea materialului la uscare, ceea ce reduce indicatorii economici ai uscătorului. Costul materialelor pentru confecţionarea uscătorului, de asemenea, reduce aceşti indicatori. În plus, în procesul de utilizare a uscătorului pentru uscarea diferitor materiale friabile cu diferite viteze de plutire a particulelor, de exemplu, la trecerea de la uscarea paielor mărunţite la uscarea lemnului mărunţit, de fiecare dată apare necesitatea de a alege pe cale experimentală viteza aerului furnizat în racordul de intrare al agentului termic, fapt ce reduce comoditatea exploatării instalaţiei.

Se cunoaşte, de asemenea, un procedeu de uscare a materialelor pulverulente, realizat cu ajutorul uscătorului menţionat mai sus, care include alimentarea pre-uscătorului cu material, uscarea prealabilă cu curent turbionar de aer încălzit, şi uscarea definitivă în canalele spiralate, care sunt încălzite [1].

În cazul procedeului cunoscut, cea mai mare parte a procesului de uscare decurge în canalele spiralate încălzite, ceea ce conduce la un consum considerabil de energie pentru învingerea forţelor de frecare apărute la transportarea materialului cu agentul de uscare prin aceste canale şi, prin urmare, se reduc caracteristicile economice ale procedeului.

Se mai cunoaşte un uscător turbionar pentru materiale friabile, care conţine un corp cu un racord pentru debitarea amestecului de material friabil şi agent de uscare şi un racord pentru evacuarea materialului uscat.

În uscătorul cunoscut continuitatea direcţiei liniei curentului turbionar nu este asigurată, deoarece racordul pentru evacuare este amplasat pe axa uscătorului, care coincide cu axa curentului turbionar, creat doar de racordul pentru debitare. Deoarece racordurile pentru debitare şi evacuare ale uscătorului nu sunt fixate tangenţial pe corp, se reduce intensitatea curentului turbionar şi sunt necesare cheltuieli energetice suplimentare pentru menţinerea intensităţii curentului turbionar. Muchiile şi dispozitivele de turbionare instalate pe pereţii interiori ai corpului uscătorului, de asemenea, contribuie la reducerea intensităţii curentului turbionar.

Se cunoaşte, de asemenea, un procedeu de uscare a materialelor friabile, care include debitarea tangenţială a amestecului de material friabil şi agent de uscare în interiorul corpului uscătorului cu formarea unui curent turbionar al amestecului, încălzirea materialului friabil şi evaporarea apei din el cu ajutorul schimbului de masă şi căldură prin convecţie cu agentul de uscare [2].

În procedeul cunoscut fluxul de amestec de material uscat cu agent de uscare se răsuceşte suplimentar datorită deplasării lui pe o traiectorie spiralată, creată de elementele constructive - dispozitivele de turbionare şi muchiile. Formarea forţată a curentului turbionar cu ajutorul unor dispozitive provoacă pierderi suplimentare de presiune a curentului, ceea ce duce la majorarea cheltuielilor de energie pentru transportarea amestecului de material uscat şi agent termic.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenţia este simplificarea uscătorului, mărirea gradului de comoditate a exploatării lui şi mărirea indicatorilor economici ai procedeului de uscare a materialelor friabile.

Uscătorul pentru materiale friabile, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine un corp cu un racord pentru debitarea amestecului de material friabil şi agent de uscare şi un racord pentru evacuarea materialului uscat. Corpul este executat în formă de trunchi de con, orientat cu baza mică în partea de sus a uscătorului. La periferia corpului, în partea de jos a lui, este fixat tangenţial racordul pentru debitare, iar în partea de sus - racordul pentru evacuare, astfel încât continuarea direcţiei liniei elicoidale a unui curent turbionar al amestecului de material friabil şi agent de uscare, format de racordul pentru debitare, coincide cu direcţia tangenţială a racordului pentru evacuare.

Procedeul de uscare a materialelor friabile, realizat cu ajutorul uscătorului menţionat, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că include debitarea tangenţială a amestecului de material friabil şi agent de uscare în interiorul corpului uscătorului, cu formarea în interiorul corpului a unui curent turbionar al amestecului, încălzirea materialului friabil şi evaporarea apei din acesta cu ajutorul schimbului de masă şi căldură prin convecţie cu agentul de uscare. Debitarea tangenţială se realizează prin crearea în interiorul corpului uscătorului menţionat a unei presiuni mai joase decât presiunea atmosferică, obţinută în urma aspiraţiei tangenţiale a aerului din interiorul corpului, iar curentul turbionar se formează prin coordonarea direcţiilor tangenţiale ale fluxurilor la debitarea şi evacuarea din corpul uscătorului, cu obţinerea suplimentară a unei forme conice din materialul friabil, coaxial cu curentul turbionar, cu posibilitatea adaptării automate a parametrilor aerodinamici ai curentului turbionar la proprietăţile fizice ale materialului friabil prin interacţiunea curentului turbionar cu suprafeţele laterale ale materialului friabil.

Particularităţile invenţiei constau în faptul că debitarea tangenţială a amestecului de material friabil şi agent de uscare în interiorul corpului uscătorului se realizează prin crearea unei presiuni mai joase decât presiunea atmosferică, fapt ce permite utilizarea în calitate de agent de uscare a gazelor din fumul dispozitivelor de combustie fără utilizarea unor ventilatoare termorezistente de refulare costisitoare, ceea ce duce la creşterea indicatorilor economici ai procesului.

Absorbţia tangenţială a aerului din interiorul corpului uscătorului contribuie la răsucirea suplimentară a curentului turbionar fără utilizarea unor dispozitive suplimentare şi, prin urmare, la simplificarea procesului de formare a curentului turbionar.

Formarea curentului turbionar prin coordonarea direcţiilor tangenţiale ale fluxurilor la debitarea şi evacuarea din corpul uscătorului exclude schimbarea bruscă a direcţiei fluxului şi, prin urmare, reduce pierderile de presiune şi minimalizează consumul de energie pentru executarea procesului.

Obţinerea suplimentară a formei conice din materialul friabil, coaxial curentului turbionar, face posibilă influenţa asupra parametrilor aerodinamici ai fluxului, deformându-l în jocul dintre suprafaţa laterală a formei conice şi pereţii uscătorului, şi cu cât este mai mare greutatea specifică a materialului friabil uscat, cu atât mai mari devin gabaritele acestei forme conice şi cu atât mai mult se comprimă curentul turbionar, majorând viteza la debitul intact al fluxului. Odată cu creşterea vitezei fluxului, creşte şi potenţialul lui energetic, adică capacitatea de atragere a particulelor de material uscat, de aceea, la comprimarea fluxului tot mai multe particule de pe suprafaţa formei conice sunt duse de flux şi, în cele din urmă, parametrii aerodinamici ai fluxului şi gabaritele formei conice se adaptează reciproc, ducând la adaptarea fluxului la proprietăţile fizice concrete ale materialului friabil uscat (greutatea specifică, umiditatea, gradul de mărunţire etc.).

Executarea corpului uscătorului în formă de trunchi de con permite crearea în interiorul uscătorului a unui curent turbionar cu parametrii variabili pe înălţime, ceea ce dă posibilitatea de a forma de-a lungul axei uscătorului o masă conică de material uscat, ce creează cu suprafaţa sa un joc cu peretele corpului uscătorului, care reglează automat parametrii curentului turbionar în funcţie de proprietăţile fizice ale materialului uscat, excluzând în acest mod reglarea manuală a parametrilor curentului turbionar, ceea ce măreşte gradul de comoditate la utilizarea uscătorului propus.

Fixarea tangenţială a racordului pentru evacuare în partea de sus a corpului este realizată astfel încât continuarea direcţiei liniei elicoidale a unui curent turbionar al amestecului de material friabil şi agent de uscare, format de racordul pentru debitare, coincide cu direcţia tangenţială a racordului pentru evacuare.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1 şi 2, care reprezintă:

- fig. 1, vederea generală a uscătorului;

- fig. 2, principiul de obţinere a formei conice din material friabil supus uscării.

Uscătorul pentru materiale friabile conţine corpul 1 (fig. 1), executat în formă de trunchi de con, racordul 2 pentru debitare, fixat tangenţial în partea de jos a corpului 1, şi racordul 3 pentru evacuare, fixat tangenţial în partea de sus a corpului 1. Racordurile 2 şi 3 sunt fixate în aşa mod, încât continuarea direcţiei liniei elicoidale a unui curent turbionar al amestecului de material friabil şi agent de uscare, format de racordul 2, să coincidă cu direcţia tangenţială a racordului 3 (fig. 1 după săgeata A). Racordurile 2 şi 3 ale uscătorului pot fi executate de orice formă în secţiune, însă dimensiunile caracteristice ale acestor racorduri (pentru secţiunea în formă de cerc dimensiunea caracteristică este diametrul) trebuie să fie mai mici decât razele bazelor corpului 1 în formă de trunchi de con, la care aderă racordurile respective. În continuare, ca exemplu, vor fi studiate racorduri în formă de cerc în secţiune.

Uscătorul funcţionează în modul următor.

În momentul pornirii, racordul 3 începe absorbirea aerului cu ajutorul, de exemplu, al unui ventilator de aspiraţie a fumului. Iar în interiorul corpului 1 presiunea devine mai joasă decât presiunea atmosferică. Datorită căderii presiunii în corpul 1 prin racordul 2 începe să pătrundă amestec de agent de uscare, de exemplu, gaze de fum şi material friabil. Amestecul menţionat poate fi preparat prin orice metodă cunoscută, de exemplu, prin furnizarea prin şnec a materialului friabil în fluxul de gaze din fumul de la dispozitivul de combustie.

Deoarece racordurile 2 şi 3 sunt fixate tangenţial pe corpul 1, între ele se creează un curent turbionar, intensitatea căruia se măreşte, deoarece racordurile menţionate sunt parte a unei linii elicoidale comune, create între ele. Iar parametrii curentului turbionar pe înălţimea uscătorului sunt diferiţi din cauza formei de trunchi de con a corpului 1: în regiunea racordului 3, de unde se absoarbe aerul, viteza fluxului este mică, diametrul este proxim diametrului racordului 3, iar diametrul vârtejului este proxim diametrului bazei mici a corpului 1. Pe măsura îndepărtării de racordul 3, viteza curentului turbionar se micşorează, iar diametrul respectiv se măreşte din cauza frecării de pereţii interiori ai corpului 1. Însă, datorită executării corpului 1 în formă de trunchi de con, nu apar vârtejuri parazitare ale fluxului. În aşa mod, în apropierea racordului 2, viteza curentului turbionar este minimă, iar diametrul lui este maxim.

Amestecul de material friabil cu agent de uscare, absorbit prin racordul 2, pătrunde în partea de jos a corpului 1, unde intensitatea curentului este minimă. Iar la ieşirea din racordul 3, viteza amestecului se micşorează brusc, ca urmare a creşterii în salturi a secţiunii de trecere. Se poate întâmpla, ca în zona racordului 2, curentul turbionar să fie prea slab pentru menţinerea şi transportarea masei principale de material friabil, iar ca urmare el să se acumuleze la baza mare de jos a corpului 1 (fig. 2а). Însă, datorită interacţiunii cu curentul turbionar, format în interiorul corpului 1, cele mai uşoare particule de material vor fi duse de curent spre racordul 3, iar masa principală de material acumulat se va concentra în centrul bazei mari de jos a corpului 1, mărindu-şi treptat volumul şi obţinând forma conică (fig. 2b), corespunzătoare configuraţiei curentului turbionar. Între suprafaţa laterală a formei conice din material friabil obţinute şi peretele lateral al corpului 1 apare un joc, care reduce secţiunea curentului turbionar şi, ca urmare, viteza lui. Tot mai multe particule de material friabil sunt duse spre racordul 3. Creşterea formei conice din material friabil încetează atunci când parametrii aerodinamici ai curentului turbionar se adaptează integral la proprietăţile fizice ale materialului mărunţit (fig. 2с), adică jocul dintre suprafaţa formei conice şi pereţii corpului 1 formează în mod automat un asemenea curent turbionar, la care tot materialul friabil, furnizat prin racordul 2, este transportat spre racordul 3 şi, în continuare, la procesare. La uscarea materialului friabil cu alte proprietăţi fizice (umiditate, greutate specifică, dimensiuni ale particulelor etc.) parametrii curentului turbionar se adaptează analogic la proprietăţile lui.

La finalizarea procedeului de uscare, furnizarea materialului friabil se întrerupe, iar în corpul 1 se furnizează numai agent de uscare. În acest caz, intensitatea curentului turbionar în interiorul corpului 1 se măreşte ca urmare a excluderii pierderilor de presiune, legate de transportarea materialului uscat, şi masa de material, care creează forma conică, se evacuează treptat prin racordul 3.

Apariţia masei conice de material friabil de-a lungul axei curentului turbionar contribuie, de asemenea, la clasificarea particulelor după dimensiuni şi greutate, ceea ce, în multe cazuri, este o particularitate relevantă a uscătorului propus.

Uscătorul pentru materiale friabile şi procedeul propus de uscare a materialelor friabile a susţinut aprobarea practică în condiţiile producţiei experimentale a Institutului de Tehnică Agricolă „Mecagro”, Chişinău, Republica Moldova, la uscarea paielor mărunţite şi a crengilor de pomi fructiferi. Rezultatele obţinute au demonstrat eficacitatea soluţiilor tehnice şi tehnologice, ceea ce permite recomandarea elaborării date pentru implementarea în producţie.

1. SU 1255831 A1 1986.09.07

2. RU 2290578 C1 2006.12.27

Claims (2)

1. Uscător pentru materiale friabile, care conţine un corp cu un racord pentru debitarea amestecului de material friabil şi agent de uscare şi un racord pentru evacuarea materialului uscat, caracterizat prin aceea că corpul este executat în formă de trunchi de con, orientat cu baza mică în partea de sus a uscătorului, totodată la periferia corpului, în partea de jos a lui, este fixat tangenţial racordul pentru debitare, iar în partea de sus - racordul pentru evacuare, astfel încât continuarea direcţiei liniei elicoidale a unui curent turbionar al amestecului de material friabil şi agent de uscare, format de racordul pentru debitare, coincide cu direcţia tangenţială a racordului pentru evacuare.

2. Procedeu de uscare a materialelor friabile, care include debitarea tangenţială a amestecului de material friabil şi agent de uscare în interiorul corpului uscătorului, cu formarea în interiorul corpului a unui curent turbionar al amestecului, încălzirea materialului friabil şi evaporarea apei din acesta cu ajutorul schimbului de masă şi căldură prin convecţie cu agentul de uscare, caracterizat prin aceea că debitarea tangenţială se realizează prin crearea în interiorul corpului uscătorului, definit în revendicarea 1, a unei presiuni mai joase decât presiunea atmosferică, obţinută în urma aspiraţiei tangenţiale a aerului din interiorul corpului, iar curentul turbionar se formează prin coordonarea direcţiilor tangenţiale ale fluxurilor la debitarea şi evacuarea din corpul uscătorului, cu obţinerea suplimentară a unei forme conice din materialul friabil, coaxial cu curentul turbionar, cu posibilitatea adaptării automate a parametrilor aerodinamici ai curentului turbionar la proprietăţile fizice ale materialului friabil prin interacţiunea curentului turbionar cu suprafeţele laterale ale materialului friabil.