RU2016651C1

RU2016651C1 - Fluidization method

Info

Publication number: RU2016651C1
Authority: RU
Inventors: Станислав Александрович Сухов; Валерий Григорьевич Выгон; Владимир Ильич Коган; Август Васильевич Осипов; Сергей Андреевич Пастельников; Вадим Сергеевич Подсидков; Михаил Станиславович Сухов
Original assignee: Станислав Александрович Сухов; Валерий Григорьевич Выгон; Владимир Ильич Коган; Август Васильевич Осипов; Сергей Андреевич Пастельников; Вадим Сергеевич Подсидков; Михаил Станиславович Сухов
Priority date: 1991-12-29
Filing date: 1991-12-29
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: production of mineral fertilizers. SUBSTANCE: method involves feeding starting material, spraying this material by pulsed flow of liquifying heat-transfer agent, and application of acoustic vibrations to fluidized bed by direct and reflected waves. The acceleration amplitude of pulsed flow A_a is within: A_a= 4,8-19,2×10³m/s²; pressure amplitude A_p is within: A_p= 0,01-1,00×10⁵ Pа. Heat-transfer agent is added at top in one flow with the starting material. EFFECT: enhanced efficiency of the method. 2 dwg

Description

Изобpетение относится к способам получения псевдоожиженного слоя и может быть использовано при проведении пpоцессов тепломассообмена, для получения гранулированных материалов, физического перемешивания и других целей в химической, микpобиологической и сельскохозяйственной отраслях промышленности. The invention relates to methods for producing a fluidized bed and can be used in heat and mass transfer processes to obtain granular materials, physical mixing, and other purposes in the chemical, microbiological, and agricultural industries.

Наиболее близким техническим pешением является способ обработки зернистого материала в виброкипящем слое, заключающийся в том, что на вводимый поток ожижающего агента накладывают акустические колебания с частотой 20-200 Гц и амплитудой давления А_р, pавной (0,01-0,1) х 10⁵ Па [1].The closest technical solution is a method of processing granular material in a vibro-boiling layer, which consists in the fact that acoustic vibrations with a frequency of 20-200 Hz and a pressure amplitude of A _p equal to (0.01-0.1) x 10 are applied to the input fluidizing agent stream ⁵ Pa [1].

Недостатками способа являются перечисленные выше, а также относительно низкие амплитудные характеpистики акустических колебаний. The disadvantages of the method are listed above, as well as the relatively low amplitude characteristics of acoustic vibrations.

Цель изобретения - повышение производительности, снижение энергозатрат и уменьшение пылеуноса. The purpose of the invention is to increase productivity, reduce energy consumption and reduce dust extraction.

Цель достигается тем, что ввод ожижающего агента-теплоносителя осуществляют однонаправленно и совместно с вводом обрабатываемого исходного материала сверху на псевдоожиженный слой, при этом обрабатываемый исходный матеpиал распыляют импульсным потоком ожижающего агента-теплоносителя, а на псевдоожиженный слой воздействуют прямыми и отраженными акустическими колебаниями импульсного потока ожижающего агента-теплоносителя с амплитудой давления А_р = (0,01-1,00) х 10⁵ Па и амплитудой ускорения потока А_а = (4,8 - 19,2) x10³ м/с².The goal is achieved in that the fluidizing agent-coolant is introduced unidirectionally and together with the input of the processed source material from above onto the fluidized bed, while the processed raw material is sprayed with the pulsed flow of the fluidizing agent, and the direct and reflected acoustic vibrations of the pulsed flow of the fluidizing fluid are applied to the fluidized bed heat transfer agent with a pressure amplitude A _p = (0.01-1.00) x 10 ⁵ Pa and a flow acceleration amplitude A _a = (4.8 - 19.2) x10 ³ m / s ² .

На фиг. 1 представлено пpедлагаемое устpойство; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1. In FIG. 1 shows the proposed device; figure 2 is a section aa in figure 1.

Устройство включает рабочую емкость 1, дно которой выполнено сфеpической формы, а верхняя часть в виде усеченного конуса, патрубок 2 для подачи основного ожижающего агента-теплоносителя. Патрубок 2 соединен с источником 3 пульсирующего потока ожижающего агента-теплоносителя и при этом является акустическим резонатором и размещен в патрубке 4 подачи дополнительного теплоносителя, соединенного с горловиной усеченного конуса рабочей емкости 1. Рабочая емкость размещена в рубашке 5 дополнительного подогрева. Соосно патpубку 2 для подачи основного ожижающего агента-теплоносителя и патрубку 4 подачи дополнительного теплоносителя в горловину усеченного конуса емкости 1 введен патрубок 6 подачи обрабатываемого исходного материала, например, пульпы минерального удобрения. В емкости 1 имеется патрубок 7 выгрузки готового материала и патрубок 8 отвода пара. The device includes a working tank 1, the bottom of which is spherical in shape, and the upper part is in the form of a truncated cone, pipe 2 for supplying the main fluidizing agent-coolant. The pipe 2 is connected to a source 3 of a pulsating flow of a fluidizing agent-coolant and is an acoustic resonator and placed in a pipe 4 for supplying additional coolant connected to the neck of the truncated cone of the working tank 1. The working tank is placed in the additional heating jacket 5. Coaxially the pipe 2 for supplying the main fluidizing agent-coolant and the pipe 4 for supplying additional coolant to the neck of the truncated cone of the tank 1 introduced pipe 6 for supplying the processed source material, for example, fertilizer pulp. In the tank 1 there is a pipe 7 for unloading the finished material and a pipe 8 for venting steam.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

В емкость 1 загружают полидисперсный материал, например порошок аммофоса, и нагревают его внешним источником тепла, например посредством рубашки 5. Включают источник 3 пульсирующего потока ожижающего агента-теплоносителя, при этом внешний источник тепла, например рубашка 5, может быть отключен. Поток теплоносителя с большой амплитудной скоростью по патрубку 2 подачи основного ожижающего агента-теплоносителя движется в емкость 1. В результате пульсаций теплоносителя в патрубке 2, являющемся резонатором, возникают мощные акустические волны, распространяющиеся в рабочую емкость 1. Одновременно с вводом основного теплоносителя при необходимости вводятся через патрубок 4 в одном и том же направлении дополнительный теплоноситель и исходный обрабатываемый материал, например пульпа аммофоса, через патрубок 6. Пульсации потока ожижающего агента-теплоносителя, воздействуя на исходный материал, распыляют его, образуя факел распыления материала. Частицы факела по мере движения к псевдоожиженному слою упариваются до достижения необходимой влажности и, попадая на частицы псевдоожиженного слоя, прилипают к ним. Таким образом постепенно образуются гранулы, которые выгружаются из емкости 1 посредством патрубка 7 и поступают на дальнейшую обработку. В емкости 1 материал под действием пульсаций потока ожижающего агента теплоносителя находится в псевдоожиженном состоянии и подвергается воздействию как прямых, так и отраженных волн от этих пульсаций, причем выполнение дна емкости сферической формы позволяет избежать появления застойных зон и улучшить перемешивание. При этом амплитуда ускорения импульсного потока А_а = (4,8 - 19,2) x10³ м/с², а амплитуда давления А_р = (0,01 - 1,00) х 10⁵ Па. Для обеспечения заданных величин этих параметров в результате экспериментов была получена эмпирическая формула, устанавливающая зависимость длины l патрубка 2 и его диаметра d, а также объема V рабочей емкости 1 от частоты пульсаций ожижающего агента-теплоносителя и производительности аппарата N : l, d, V = f(N).A polydisperse material, for example, ammophos powder, is loaded into the tank 1 and heated with an external heat source, for example, using a jacket 5. A source 3 of a pulsating flow of a fluidizing fluid agent is turned on, while an external heat source, such as a jacket 5, can be turned off. The coolant flow with a large amplitude velocity through the nozzle 2 of the main fluidizing agent-coolant moves to the tank 1. As a result of the pulsations of the coolant in the nozzle 2, which is the resonator, powerful acoustic waves propagate into the working tank 1. Simultaneously with the introduction of the main coolant, if necessary, they are introduced through pipe 4 in the same direction, additional coolant and the raw material to be processed, for example ammophos pulp, through pipe 6. I fluidize the flow pulsations its heat transfer agent acting on the starting material, it is sprayed to form a spray cone of material. The particles of the torch as they move to the fluidized bed are evaporated until the required humidity is reached and, falling on the particles of the fluidized bed, adhere to them. Thus, granules are gradually formed, which are discharged from the container 1 by means of the pipe 7 and fed to further processing. In tank 1, the material under the action of pulsations of the flow of the fluidizing agent of the coolant is in a fluidized state and is exposed to both direct and reflected waves from these pulsations, moreover, the execution of the bottom of the tank of a spherical shape avoids the appearance of stagnant zones and improves mixing. In this case, the amplitude of acceleration of the pulse flow is А _а = (4.8 - 19.2) x10 ³ m / s ² , and the pressure amplitude is А _p = (0.01 - 1.00) x 10 ⁵ Pa. To ensure the specified values of these parameters, an empirical formula was obtained that established the dependence of the length l of the nozzle 2 and its diameter d, as well as the volume V of the working capacity 1 on the pulsation frequency of the fluidizing agent-coolant and the productivity of the apparatus N: l, d, V = f (N).

В процессе осуществления способа на слой дисперсного материала действует волна сжатия, передаваемая газообразным носителем и имеющая амплитуду давления А_р. Движение волны сопровождается скачкообразным изменением давления и скорости. При воздействии на слой дисперсного материала волна сжатия отражается как от верхних рядов материала, так и от лежащих несколько ниже, из-за наличия промежутков между ними, то есть между частицами. Если первое действие волны - сжатие материала, то отраженная волна приподнимает материал. Следующая за ней волна разpежения и спутный, увлекаемый волной поток теплоносителя полностью размывает слой материала, переводя его в псевдоожиженное состояние. Волны, отраженные от внутренних стенок аппарата, также влияют на формирование циркуляционного движения материала. При повторении пульсаций теплоносителя эпюры скорости во времени изменяются вплоть до возникновения обратных токов, что приводит к возникновению косых скачков уплотнения, то есть, нефронтального действия волны на материал даже при перпендикулярном расположении ввода носителя волны и слоя. Это обуславливает еще более интенсивное псевдоожижение материала. Время, необходимое для деформации возмущений скорости теплоносителя до предельной формы - образования волны сжатия, определяется длиной патрубка 2, то есть его резонансной длиной. Волны сжатия и разрежения псевдоожижают материал, вводимый в аппарат через патрубок 6. Далее процесс образования волн сжатия повторяется с определенной частотой ν . Для исключения застойных зон и фокусирования отраженных волн сжатия в центральную, осевую часть емкости 1 ее дно выполнено сферической формы, а верхняя коническая часть камеры выполнена с углом раскрытия 10-20^о, что соответствует углу раскрытия волны сжатия на выходе из патрубка 2. Проведение тепломассообменных процессов, грануляция и перемешивание могут проводиться как в периодическом, так и в непрерывном режиме. При необходимости могут устанавливаться поверхности (нагрев-охлаждение) внутри аппарата или снаружи, например, рубашка или излучатель. С целью снижения пылеуноса работа источника 3 пульсирующего потока ожижающего агента-теплоносителя может осуществляться без подачи новых порций ожижающего агента, то есть за счет газообразной атмосферы в патрубке 2 и емкости 1, которая в отдельных случаях может быть химически инертной, например, при сушке материалов от легколетучих жидкостей. Исследования, проведенные на различных дисперсных материалах, показали, что по качеству ожижения данный способ не только не уступает известным, но и имеет существенные преимущества - отсутствие застойных зон, практически полное исключение пылеуноса, высокая интенсивность тепломассообменных процессов за счет увеличения относительных скоростей материала и ожижающего агента.During the implementation of the method, a compression wave acts on a layer of dispersed material, transmitted by a gaseous carrier and having a pressure amplitude A _p . The movement of the wave is accompanied by an abrupt change in pressure and velocity. When a dispersed material is exposed to a layer, a compression wave is reflected both from the upper rows of the material and from those lying somewhat lower, due to the presence of gaps between them, that is, between particles. If the first action of the wave is the compression of the material, then the reflected wave lifts the material. The following rarefaction wave and a coherent coolant flow carried by the wave completely erodes the material layer, translating it into a fluidized state. Waves reflected from the internal walls of the apparatus also affect the formation of the circulation movement of the material. When the pulsation of the coolant is repeated, the velocity diagrams change over time up to the occurrence of reverse currents, which leads to the appearance of oblique shock waves, i.e., the non-frontal action of the wave on the material even with the perpendicular arrangement of the input of the wave carrier and layer. This leads to an even more intensive fluidization of the material. The time required for the deformation of the coolant velocity perturbations to the extreme shape — the formation of a compression wave — is determined by the length of pipe 2, that is, its resonance length. The compression and rarefaction waves fluidize the material introduced into the apparatus through the nozzle 6. Next, the process of formation of compression waves is repeated with a certain frequency ν. To eliminate stagnant zones and focusing the reflected compression wave to a central, axial portion of the container 1, its bottom formed of spherical shape, and the upper part of the chamber is tapered with an angle of 10-20 the disclosure ^of which corresponds to the output angle of the compression wave disclosure pipe 2. Carrying teplomassoobmennyh processes, granulation and mixing can be carried out both in batch and continuous mode. If necessary, surfaces (heating-cooling) can be installed inside the device or outside, for example, a shirt or a radiator. In order to reduce dust extraction, the operation of the source 3 of the pulsating flow of the fluidizing agent-coolant can be carried out without supplying new portions of the fluidizing agent, that is, due to the gaseous atmosphere in the pipe 2 and tank 1, which in some cases can be chemically inert, for example, when drying materials from volatile liquids. Studies conducted on various dispersed materials showed that the liquefaction quality of this method is not only inferior to the known ones, but also has significant advantages - the absence of stagnant zones, the almost complete exclusion of dust extraction, the high intensity of heat and mass transfer processes by increasing the relative speeds of the material and fluidizing agent .

П р и м е р. Сушилка-гранулятор периодического действия. PRI me R. Dryer-granulator of periodic action.

В реакционный объем емкостью 30 л загружают 1 кг порошка кормовых дрожжей, полученных при распылительной сушке, со средним диаметром частиц 95 мкм. После загрузки первичной порции продукта (подушки) включают подогрев слоя (подушки), доводят температуру в слое до 80^оС, а затем включают источник пульсирующего потока ожижающего агента-теплоносителя, например, поршневой генератор с диаметром поршня 90 мм и частотой его колебаний ν=200 Гц. Амплитуда ускорения потока А_а=19200 м/с², амплитуда давления А_р = 1·10⁵ Па. Материал при этом переходит в псевдоожиженное состояние. Одновременно включают подогреватель ожижающего агента до температуры 300^оС и насосом-дозатором в устье патрубка для подачи ожижающего агента-теплоносителя подают суспензию кормовых дрожжей массовой концентрацией 15% по сухому продукту в количестве 3,6 л/ч. Температура в слое и за сушильной камерой поддерживается в пределах 65-70^оС. Через 1 ч работы в установившемся режиме прекращают подачу суспензии, останавливают генератор, выключают подогрев, выгружают готовый продукт в количестве 1440 г и тонкую фракцию из-под циклона 110 г. Готовый продукт представляет собой гранулы средним диаметром 455 мкм. Продукт не пылит, легко дозируется, прочность гранул достаточна для транспортировки и длительного хранения.In the reaction volume with a capacity of 30 l load 1 kg of powder of fodder yeast obtained by spray drying, with an average particle diameter of 95 microns. After loading the primary product portions (pads) include heating layer (cushion), brought the temperature in the bed to ⁸⁰ ° C, and then include a source of pulsating flow of fluidizing heat transfer agent, e.g., a piston oscillator 90 mm piston diameter and frequency of its oscillation ν = 200 Hz. The amplitude of the flow acceleration A _a = 19200 m / s ² , the pressure amplitude A _p = 1 · 10 ⁵ Pa. The material then goes into a fluidized state. Simultaneously, the fluidizing agent include a heater to a temperature of 300 ^C and a metering pump in the nozzle mouth for supplying a fluidizing agent is fed coolant-feeding yeast slurry concentration of 15 mass% on the dry product in an amount of 3.6 l / h. Temperature in the layer and the drying chamber is maintained within 65-70 ° ^C. After 1 hour, steady state operation the feed of slurry is stopped generator heating is switched off, the finished product is discharged in an amount of 1440 g and a fine fraction from the cyclone 110 g The finished product is a granule with an average diameter of 455 microns. The product does not dust, is easily dosed, the strength of the granules is sufficient for transportation and long-term storage.

Таким образом предложенный способ позволяет увеличить производительность за счет исключения пылеуноса материала с отработанным теплоносителем, снизить энергозатраты и расход ожижающего агента-теплоносителя. Кроме того, исключается наличие застойных зон внутри аппарата, препятствующих проведению процессов тепломассообмена, гранулирования, перемешивания и других. Thus, the proposed method allows to increase productivity by eliminating the dust removal of the material with the spent coolant, to reduce energy consumption and consumption of the fluidizing agent-coolant. In addition, the presence of stagnant zones inside the apparatus that impedes the processes of heat and mass transfer, granulation, mixing and others is excluded.

При переработке термочувствительных материалов производительность повышается на 30-40%, а термостойких - на 60-70%. When processing heat-sensitive materials, productivity increases by 30-40%, and heat-resistant - by 60-70%.

Claims

METHOD OF PSEURAL LIFE, including supply of the source material, exposure to a pulsed flow of a fluidizing agent-heat carrier and simultaneous exposure to acoustic vibrations with a frequency of 20 - 200 Hz, characterized in that the input of the fluidizing agent-heat carrier is carried out unidirectionally and together with the input of the processed source material from above onto the fluidized bed, in this case, the processed starting material is sprayed with a pulsed flow of a fluidizing agent-heat carrier, and the direct and negative effects on the fluidized bed -conjugated waves of acoustic vibrations pulsed flow of fluidizing agent-coolant flow acceleration with an amplitude _{A a,} located in the range (4.8 - 19.2) × 10 ³ m / s ^2, and the amplitude of pressure A _p, ranging (0.01 - 1.00) · 10 ⁵ Pa.