RU1132U1 - Устройство для сушки диспергируемых материалов - Google Patents

Abstract

1. Устройство для сушки диспергируемых материалов, содержащее осесимметричную камеру с выходным осевым отверстием в одной из торцевых стенок, распылительное устройство и канал подачи теплоносителя с тангенциальным соплом, установленным на обечайке камеры вдоль ее образующей по касательной к поверхности обечайки и соединенным с полостью камеры, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено генератором импульсных струй, выходной патрубок которого выполнен в виде плоского сопла, вход генератора соединен с каналом подачи теплоносителя, а плоское сопло соединено с полостью камеры и установлено перед тангенциальным соплом на обечайке камеры вдоль ее образующей под углом к поверхности обечайки, при этом в канале подачи теплоносителя установлен регулятор расхода.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что плоское сопло установлено под углом 80 - 100° к поверхности обечайки.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отверстия в обечайке, через которые тангенциальное и плоское сопла соединены с камерой, выполнены таким образом, что угол между меридианными плоскостями, проходящими через продольные осесимметрии отверстий, расположен в диапазоне 90 -180°.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что регулятор расхода выполнен в виде двух дроссельных заслонок, одна из которых установлена на входе в генератор, а вторая - на входе в тангенциальное сопло.

Description

П О A E 3 К A Я МОДЕЛЬ Устройство для суюки диопергирчень х натериалав

Предлагаеное техническое решение относится к сушке диспергируемых материалов и может найти применение в пищевой биохимической, фармацевтической и других отраслях пронь-шленности для получения порошковых продуктов из диспергируемых жидких веществ (растворов эмульсий, взвесей суспензий и т-д.), в тон числе термо- и сверхтермочувствительных материалов

Известны прямоточные распылительные оушилки, представляющие собой вертикально установленную цилиндрическую камеру с коническим днищем, в верхней части камеры установлень-j распылительное устройство и каналы подачи теплоносителя ( см. Б С-Сажин, Основы техники сушки, М., из-во Химия, 1984 стр.149, рис-5.7, УДК 66-ОИ-)Однако из-за низкой интенсивности происходящих в оушильных камерах такого типа процессов тепло- и массопереноса они имеют сравнительно небольшой удельный стгем влаги (при температуре теплоносителя 140-150 градусов цельсия - в пределах 2-4 кг/ ), большой расход теплоносителя и, как следствие, большие габариты и значительные материалом энергоемкость

У G40Ш39/1

Городецкий Н-В. Гчвершок С.Е. Зубков А.Ф. Иванов И-ОИванов О-Н. Синоненко М-ПМПК F26B3/12

лнище распылительное устройиТЕО устанивленное внчтри канерь и канал подачи теплоносителя с тангенциальный соплон установленный на обечайке камеры вдоль ее обра.зчКшей по касательной к поверхности обечайки и соединеннын с полостью камеры (он- П-Б-Лыков Б И Леончик5 Раопылительные сушилки Издательотво Машиностроение 1966 стр 202-203 ЛК .0). В данном устройстве действующие на частицы центрсбежные аэродинамические и гравитационные силы вызывают их движение вниз по спирали- Высушиваемый материал находится в условиях более высоких относительных окоростей между частицами и теплоносителем поэтому при одном и тон же характерном времени сущки длина сушильной камеры онижаетоя. Это устройство выбрано за прототипСушильные аппараты подобного типа инеют более высокий удельный стзей влаги (до 35 кг/мЗ час при начальной температуре теплоносителя 140-150 градусов Цельсия) однако из-за малых скоростей относительного движения Фаз а также из-за недостаточно равномерного смешения частиц диспергируемого материала о теплоносителем сохраняются большой расход теплоносителя значительные материало- и энергоемкооть и большие габариты оушильной камеры. Кроме того из-за больших градиентов температуры в потоке теплоносителя главным образом вследствие недостаточно равнснерного смешения частиц диспергируемого материала G теплоносителем не удается обеопечить однородный режим термообрабсткрт частии иатериала что отрицательно влияет на качество конечной ПРОлукпии

В предлагаемом техническон решении перечисленные недостатки устраняются тем что известное устройство для оушки диспергируемых материалов ссдержашее ссесиинетричную камеру с выходным осевым отверстием в одной из торцевых стенск распылительное устройство и канал подачи теплонооителя с тангенциальным соплом установленным на обечайке камеры вдоль ее образумшей по каоательной к поверхнооти обечайки и соединенный с полостью камеры дополнительно снабжено генератором импульсных струй выходной патрубок которого выполнен в виде плоокого сопла Вход генератора соединен с каналом подачи теплонооителя Плоское сопло соединено с полостью камеры и установлено перед тангенциальным соплом на обечайке камеры вдоль ее образующей под углом к поверхности обечайки. При этой Б канале

- 5 подачи теплоносителя дстановлен регчлятор расходаГенератор импульсных стрий обеспечивает генерацию в счшильной какере нестационарных вихревых течений обуславливающих возникновение пульсаций скорссти газа в потоке теплоносителя как в поперечном так и в продольном направлении. При импульсном вдуве газа возникают пульсации давления в сушильной камере и канале подачи теплоносителя что сопровождается пульсациями расхода теплоносителя за счет изменения скорости потока на входе в сушильную камеруЭто дополнительно обеспечивает пульсации скорости газа в сушильной камере по основному нэ-Правлению подачи теплоносителя (продольные пульсации по потоку) В результате в сушильной камере в каждой точке пространства индуцируется нестационарное по амплитуде и направлению вектора скорости течение в котором частицы диспергированного материала находятся в условиях воздействия потока теплоносителя с высокими относительными скоростями из-за их нестационарного движения в вихревых зонах« Более быстрое и равномерное смешение частиц диспергируексго материала с теплоносителем при высских отнсситеу1ьных скоростях движения частиц в потоке теплоносителя обеспечивает как ускорение процессов нассо- и теплопереноса так и однородность режима термообработки для всех без исключения частицВследствие этого сокращается потребное для завершения сушки время пребывания частиц в потоке теплоносителя что влечет за собой снижение уровня энергозатрат уменьшение габаритов и материалоемкости используемого оборудования

В качестве генератора импульсных струй использовано известное из технического решения по авторскому свидетельству No 1383015 (заявка Ыо 4114054 от 03 09.86 кл F15В21/12) устройство выполненное в виде плоского разБвтвленного на. выходе канала в котором пневматические импульсы образуются в результате возбуждения незатухаюших автоколебаний сопровождаюш.ихся пороговым переключением подачи газа поочередно из одной ветви плоского разветвленного канала в другую его ветвь чем достигается стопроцентная модуляция напора в истекающих в пространство с противодавлением долгоживуших вихревых Фрагментах составляюших структуру генерируемых устройством импульсных пневматических струйвиде плоского сопла соединенного с полостью канеры и установленного перед тангенциальным соплом на обечайке камеры вдоль ее оёразчиизей под дглоп к поверхности обечайки, обеспечивает генерацию вихревых течений и соответственно возникновение пчльсаций скорости потока теплоносителя по всеку объему сушильной камерыРегулятор расхода установленный в канале подачи теплоносителя позволяет управлять работой генератора т-к- частота генерации импульсных струй и их интенсивность зависят от перепада давления на входе и выходе генератора Это дает возможность влиять на режим суыки что важно при наотройке устройства на кош-сретное сырьеВ частнсм случае регулятор расхода выполнен в виде двух дроссельных заслонок одна из которых установлена на входе в генератор а вторая установлена на входе в тангенциальное сопло- Это позволяет управлять работой генератора С варьировать в определенных пределах расход газа через генератор и частоту генерации импульсных струй) независимо от изменения расхода теплоносителя через тангенциальное ооплоДля обеспечения наилучшего перемешивания диспергированного материала с теплоносителем плсексе сопло установлено под углом 80-100 градуоов к поверхности обечайкиДля исключения нарушений циркуляционного характера движения теплоносителя в камере при импульсном вдуве с одной стороны и предотвращения налипания частиц на внутреннюю поверхность обечайки камеры о другой стороны отверстия в обечайке через которые тангенциальное и плоское сопла соединены с камерой выполнены таким образом что угол между меридианными плоокостями проходящими через продольные оси симметрии отверстий расположен в диапазоне 90-1SO градуоовКонкретные значения границ допустимь}Х диапазонов этих углов были установлены экспериментально-

Суйзность предложенного технического решения иллюстрируется чертежами где на изображен обший вид устройства а на Фиг-2 и 3 показан поперечный разрез оушильной камеры и газодинамических каналов подачи теплонооителя через тангенциальное и плоское сопла для общего и чаотного случаев выполнения регулятора расхода соответственно- f истройство для сдшки систоит из сушильной канеры 1 выполненной в виде цйЛР1няричеокой оёечайки 2 с плоской передней 3 и коничеокой задней 4 отенкани Ка передней стенке 3 установлено распылительное устройство 5 выполненное напринер в виде Форсунки- На задней конической стенке 4 соосно с обечайкой 2 установлен выходной канал 6 сообщающийся с полостью каиеры 1 На обечайке 2 выполнены два продольных отверстия 7 и S в виде щелей- Отверстия 7 и S выполнены такин образом5 что угол между неридианныни плоскостями проходящими через продольные оси синнетрии этих отверстий составляет например градусов- К отверстию 7 присоединена тангенциальное сопло 9 которое в свою очередь соединено о каналом 10 подачи теплоносителя- Сопло 9 установлено на обечайке 2 каиеры 1 вдо/1ь ее образующей по касательной к поверхнооти обечайки 2- Выходной патрубок генератора импульсных струй (ГИС) 12 выполнен в виде плоского сопла 11 и установлен перед тангенциальным соплом 9 на обечайке 2 камеры 1 вдоль ее образующей под углом например градуоов к поверхнооти обечайки 2- Сопло 11 соединено с полостью камеры 1 через отверстие 8- Вход ГМС 12 соединен газовым каналом 13 с каналом 10 который в овою очередь соединен с тепловентилятором 14- В канале 10 на входе в сопло 9 установлен регулятор расхода 15- В частном случае исполнения регулятор выполнен в виде дроссельных заслонок 16 и 175 установленных на входе в канал 13 и в сопло 9 соответственно- Распылительное устройство 5 посредством гидравлического канала IS через гидроклапапан 19 соединено с выходом гидронасоса 20 вход которого соединен гидроканалом 21 с емкостью 22 исходного жидкого материала- Выходной канал 6 соединен о устройством улавливания высущенного материала 23 выполненного например в виде циклона снабженного емкостью для сбора сухого конечного продукта 24 и рукавным Фильтром 25Начальная рабочая частота f ГИС 12 задается его предварительной настройкой из условия f 1/t где t - минимальное время пребывания частиц распыленного материала в сущильной рсамере nppi отсутствии импульсного вдува- Для предлагаемой конструкции оущильной камеры ./( V4-5-VT) где L - длина сушильной камеры Уч Ут - соответственно средние значения величин скорости частиц диспергированного материала в осевоп направлении и потока теплоносителя по длине сушильной канерыРасход и температура теплоносителя при заданных размерах сушильной канеры определяются зксперинентально для каждого конкретного вида исходного оырья в зависимости от терночувствительности и требуемой влажности конечного продуктаУстройство работает следующим образомПри включении тепловентилятора 14 теплоноситель (подогретый воздух) нагнетается в канал 10 и поступает тангенциально по соплу 9 через отверстие 7 в сушильную камеру 1 и по каналу 13 в ГИС 12 соответственно. Поток теплоносителя истекающий из отверотия 7ч создает в сушильной камере 1 циркуляционное течение- ГИС 12 осуществляет генерацию импульсных cTpyii которые истекают по выходному патрубку 11 через отверстие 8 в камеру 1 в направлении к продольной оси ее симметрии- Нестационарное иотечение импульсных струй создает в основной закрученном потоке теплоносителя многочисленные вихревые образования В результате внутри сушильной камеры 1 в каждой точке пространства на Фоне основного закрученного потока создаются высокоинтенсивные нестационарные вихревые зоны течения с пульсациями амплитуды и направления вектора скорости потока теплоносителя по времени- При импульсном вдуве газа возникают пульсации давления в камере 1 и в канале 10 что сопровождается пульсациями расхода теплоносителя поступающего в камеру 1 по патрт4бку 9 Пульсации расхода осуизествляются в режиме автоколебаний за счет газсдинамической связи между каналами 9 и 13- Частота пульсаций и соотношение расхода теплоносителя через сопла. 9 и И регулируются в зависимости от требуемого режима сушки конкретного материала положением регулятора расхода 15 или дроссельных заслонок 16 и 17- При включении гидронасооа 20 и открытии гидроклапана 19 жидкий материал из емкооти 22 по гидроканалам 21 и 18 начинает поступать на распылительное устройство 5 которое диспергирует материал в сушильную камеру 1 Частицы диспергированного материала попадая в пульсирующий закрученный поток с нестационарными вихревыми зонами движутся по нестационарным спиральным траекториям совершая хаотичные пространственные перемещения от воздействия локальных вихревых зон и пульоаций продольной и окружной скоростей потока- Под действием центробежных сил частицы в результирующем

-5движении пвреиейзаются к обечайке 2 счиильной камеры 1 - Далее частицы попадая в зону иотечения импульсных струй отбрасываются от обечайки 2 в направлении к продольной оси камеры 1« Тем самым обеспечивается равномерное перемешивание чаотиц с теплоносителем и одновременно предотвращается налипание частиц на внутреннюю поверхность обечайки 2- Высушенные частицы вместе с парогазовой смесью выхсдят из сушильной камеры 2 по выходному каналч 6 и попадают в уотройство улавливания 23 где происходит отделение твердых частиц от парогазовой смеси и далее они накапливалотса в емкости 24« Отработанный воздух выходит в атмосферу через ФИЛЬТР 25.

Интенсификация процесса сушки достигается за счет эффектов ускорения процессов тепло- и массообмена на поверхности отдельных частиц сушимого сырья в пульсирующем мультивихревом потоке теплоносителя Благодаря этому появляется возможность производить сушку при сравнительно небольшой температуре теплоносителя что важно при производстве сверхтермочувствительных материалов например биопрепаратов Изготовлен действующий макет предлагаемого устройства- Ка макете осуществлялась сущка цельного молока с содержанием твердых компонент Температура теплоносителя была 42-43 градусов цельсия при его суммарном обпземнои расходе около 0.12 мЗ/с. Объем сушильной камеры был равен мЗ- Частота генерации импульсных струй соотавляла 150 - ISO Гц Удельный съем влаги достигал 90 кг/мЗ час а затраты тепла не превышали O-S кВт час/кг испаренной влаги.

По расчету при сушке с ипользсванием предлагаемого устройства диспергируемых жидких материалов при температуре теплоносителя 140-150 градусов цельсия можно обеспечить удельный стгем влаги более 1000 кг/мЗ час что на. порядок превышает соответствующий показатель известных сушилок распылительного типа.

По сравнению с известными устройствами сушки диспергируемых жидких материалов предлагаемое устройство обеспечивает также более высокое качество конечной продукции за счет однородного режима термообработки частиц диспергируемого материала.

-A

Claims (4)

1. Устройство для сушки диспергируемых материалов, содержащее осесимметричную камеру с выходным осевым отверстием в одной из торцевых стенок, распылительное устройство и канал подачи теплоносителя с тангенциальным соплом, установленным на обечайке камеры вдоль ее образующей по касательной к поверхности обечайки и соединенным с полостью камеры, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено генератором импульсных струй, выходной патрубок которого выполнен в виде плоского сопла, вход генератора соединен с каналом подачи теплоносителя, а плоское сопло соединено с полостью камеры и установлено перед тангенциальным соплом на обечайке камеры вдоль ее образующей под углом к поверхности обечайки, при этом в канале подачи теплоносителя установлен регулятор расхода.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что плоское сопло установлено под углом 80 - 100° к поверхности обечайки.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отверстия в обечайке, через которые тангенциальное и плоское сопла соединены с камерой, выполнены таким образом, что угол между меридианными плоскостями, проходящими через продольные осесимметрии отверстий, расположен в диапазоне 90 -180°.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что регулятор расхода выполнен в виде двух дроссельных заслонок, одна из которых установлена на входе в генератор, а вторая - на входе в тангенциальное сопло.