RU2360196C2 - Device for pulsed heat treatment of bulk materials - Google Patents

Device for pulsed heat treatment of bulk materials Download PDF

Info

Publication number
RU2360196C2
RU2360196C2 RU2007127872/06A RU2007127872A RU2360196C2 RU 2360196 C2 RU2360196 C2 RU 2360196C2 RU 2007127872/06 A RU2007127872/06 A RU 2007127872/06A RU 2007127872 A RU2007127872 A RU 2007127872A RU 2360196 C2 RU2360196 C2 RU 2360196C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chamber
wall
thermal activation
bulk material
particles
Prior art date
Application number
RU2007127872/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007127872A (en
Inventor
Владимир Владимирович Данилевич (RU)
Владимир Владимирович Данилевич
Любовь Александровна Исупова (RU)
Любовь Александровна Исупова
Виктор Николаевич Коротких (RU)
Виктор Николаевич Коротких
Виктор Семенович Лахмостов (RU)
Виктор Семенович Лахмостов
Валентин Николаевич Пармон (RU)
Валентин Николаевич Пармон
Юрий Юрьевич Танашев (RU)
Юрий Юрьевич Танашев
Original Assignee
Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук filed Critical Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук
Priority to RU2007127872/06A priority Critical patent/RU2360196C2/en
Publication of RU2007127872A publication Critical patent/RU2007127872A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2360196C2 publication Critical patent/RU2360196C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: motors and pumps.
SUBSTANCE: device for pulsed heat treatment of bulk materials consists of a cylindrical operating chamber of thermal activation with cover and beveled bottom. The operating wall of the housing is heated to 700-800°C to contact and activate thermally the particles of bulk material under action of centrifugal forces. The device also includes bulk material supply unit, steam and gas mixture discharge unit, hardening refrigerator adjoining the beveled bottom of operating chamber from outside, finished product unit to collect it under the refrigerator. The device also includes fluid-bed furnace where thermal activation chamber, hardening refrigerator with product accumulation chamber and gate valve are installed. The bulk material is supplied as gas suspension. The bulk material supply unit is represented as a nozzle with adjustable cap, which is cut into the internal wall of fluid-bed furnace.
EFFECT: device allows for producing thermally activated products with preset structure and properties.
5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для импульсной тепловой обработки сыпучих материалов (термоактивацией частиц) и может быть использовано на стадии их термохимической активации в производстве катализаторов, носителей, адсорбентов, осушителей, наполнителей, керамики, магнитных материалов, неорганических пигментов, твердых электролитов, лекарственных и косметических препаратов и т.д., а также для проведения процессов сушки/охлаждения сыпучих материалов в химической, пищевой, деревообрабатывающей промышленности и др.The invention relates to devices for pulsed heat treatment of bulk materials (thermal activation of particles) and can be used at the stage of their thermochemical activation in the production of catalysts, carriers, adsorbents, desiccants, fillers, ceramics, magnetic materials, inorganic pigments, solid electrolytes, pharmaceutical and cosmetic preparations etc., as well as for carrying out drying / cooling processes of bulk materials in the chemical, food, woodworking industries, etc.

Импульсную тепловую обработку сыпучего материала в устройстве осуществляют со скоростью более 100°С в секунду при движении его по нагретой поверхности, при этом с частиц испаряется поверхностная и удаляется структурная влага. В результате такого быстрого нагрева образуются продукты разложения, обладающие ценными химическими свойствами. При этом для фиксации аморфного состояния проводят закалку-охлаждение продуктов термоактивации на выходе частиц из горячей зоны. Нагрев за счет теплопередачи при контакте частиц сыпучего материала с горячей металлической поверхностью является более эффективным по сравнению с их нагревом при контакте между собой или при конвективном теплообмене при движении в потоке горячего газа. Напр., при производстве оксидных носителей и катализаторов требуется нагрев кристаллических кислородсодержащих соединений до температуры 300°С и более. При этом термолиз исходных соединений проводится в условиях, далеких от термодинамического равновесия, что позволяет сформировать из кристаллических веществ качественно новые метастабильные структуры аморфной твердой фазы, характеризуемые запасенной энергией и повышенной реакционной способностью, которые широко используются при производстве продуктов химической промышленности.Pulse heat treatment of bulk material in the device is carried out at a speed of more than 100 ° C per second when moving along a heated surface, while surface moisture evaporates from the particles and structural moisture is removed. As a result of such rapid heating, decomposition products with valuable chemical properties are formed. In order to fix the amorphous state, quenching-cooling of the products of thermal activation at the exit of particles from the hot zone is carried out. Heating due to heat transfer upon contact of the particles of the bulk material with a hot metal surface is more efficient than heating them upon contact with each other or during convective heat transfer when moving in a stream of hot gas. For example, in the production of oxide supports and catalysts, crystalline oxygen-containing compounds must be heated to a temperature of 300 ° C or more. In this case, the thermolysis of the starting compounds is carried out under conditions far from thermodynamic equilibrium, which allows us to form qualitatively new metastable structures of an amorphous solid phase from crystalline substances, characterized by stored energy and increased reactivity, which are widely used in the production of chemical products.

Имеется ряд аналогов изложенного способа с устройствами для его осуществления, наиболее эффективными среди которых является, например, устройство термоактивация частиц исходного материала, в котором до температур 400-600°С в течение 5-30 с происходит нагрев частиц теплопередачей при контакте с горячей поверхностью (SU 528733, C01F 7/44, 1973).There are a number of analogues of the described method with devices for its implementation, the most effective of which is, for example, a device for the thermal activation of particles of the starting material, in which particles are heated by heat transfer during contact with a hot surface to temperatures of 400-600 ° C for 5-30 s ( SU 528733, C01F 7/44, 1973).

Схожим техническим решением является устройство (пат. РФ 2186616, B01J 8/10, 10.08.2002) для обработки частиц сыпучих материалов термоактивацией, содержащее: емкость для исходного материала, нагреватели и привод вращения контактной поверхности, дозируемую подачу частиц сыпучего материала, его перемещение по нагретой поверхности и сход готового продукта в накопитель.A similar technical solution is a device (US Pat. RF 2186616, B01J 8/10, 08/10/2002) for the treatment of particles of bulk materials by thermal activation, comprising: a container for the source material, heaters and a contact surface rotation drive, a dosed feed of particles of bulk material, its movement along heated surface and descent of the finished product into the drive.

В качестве прототипа принято устройство для обработки сыпучих материалов в режиме термоактивации частиц, описанное в пат. РФ 2264589, F26B 7/00, 11/12, 01.04.2004.As a prototype adopted the device for processing bulk materials in the mode of thermal activation of particles described in US Pat. RF 2264589, F26B 7/00, 11/12, 04/01/2004.

Изобретение по прототипу решает следующие задачи:The invention of the prototype solves the following tasks:

подачу и регулирование расхода сыпучего материала в зону термоактивации; упорядоченное распределение материала, с плотным его контактом, по нагретой поверхности; увеличение скорости нагрева сыпучего материала и испарения с частиц поверхностной и удаления из них структурной влаги термоактивацией; быструю закалку - охлаждение продукта термообработки для фиксации его метастабильной структуры; возможность изменения и повышения производительности устройства с уменьшением удельных энергозатрат.supply and regulation of the flow of bulk material into the zone of thermal activation; ordered distribution of material, with its tight contact, over a heated surface; an increase in the rate of heating of bulk material and evaporation from surface particles and the removal of structural moisture from them by thermal activation; quick hardening - cooling the heat treatment product to fix its metastable structure; the ability to change and improve the performance of the device with a decrease in specific energy consumption.

Перечисленные задачи по прототипу решаются на устройстве, которое включает:These tasks of the prototype are solved on a device that includes:

- цилиндрический корпус с коническим днищем и плоской крышкой, на которой установлены: вертикальный электропривод с вращающимся валом и закрепленным на нем цилиндрическим барабаном; накопительный бункер для сыпучего материала, снабженный червячным дозатором и ворошителем загруженного материала, приводимые во вращение электроприводами; патрубком отвода (отсоса) пара, выделяемого при термоактивации частиц;- a cylindrical body with a conical bottom and a flat cover on which are installed: a vertical electric drive with a rotating shaft and a cylindrical drum fixed to it; storage hopper for bulk material, equipped with a worm dispenser and agitator of the loaded material, driven into rotation by electric drives; a branch pipe for exhaust (suction) of steam released during thermal activation of particles;

- электрические нагревательные элементы - (ТЭНы), расположенные в корпусе и размещенные снаружи и внутри вращающегося барабана;- electric heating elements - (heating elements) located in the housing and placed outside and inside the rotating drum;

- распределительную тарель в виде конического кольца, жестко прикрепленную в зоне отверстия ребрами к втулке приводного вала;- a distribution plate in the form of a conical ring, rigidly attached in the area of the hole with ribs to the drive shaft sleeve;

- цилиндрический барабан, размещенный с зазором 2-5 мм снаружи тарели и жестко скрепленный с ней шпильками;- a cylindrical drum placed with a gap of 2-5 mm on the outside of the plate and rigidly fastened with it with pins;

- защитный экран, установленный с зазором на внутренней полости холодильника;- a protective screen installed with a gap on the internal cavity of the refrigerator;

- съемную накопительную емкость для готового продукта.- removable storage tank for the finished product.

В прототипе устройства узлы по загрузке, регулированию расхода сыпучего материала, его быстрая закалка-охлаждение и сбор готового продукта в накопителе решаются любыми известными способами. Устройство работает в непрерывном или переменном режиме следующим образом. Из бункера загруженный сухой или влажный (в виде гранул) сыпучий материал медленно вращающимся ворошителем подают дозатором через течки на поверхность вращающейся конической тарели, по которой материал, под действием центробежной силы, скользит к периферии тарели и через зазор 2-5 мм отбрасывается на внутреннюю поверхность нагретого от ТЭНов вращающегося барабана. При этом гранулы разрушаются и частицы материала, под действием центробежной силы и силы тяжести, скользят по внутренней поверхности барабана вниз по винтовой линии, при этом силу прижатия частиц к барабану (их время контакта) регулируют изменением числа оборотов барабана. При контакте с нагретым барабаном происходит испарение с частиц поверхностной влаги и удаление из них структурной влаги под действием кратковременной термоактивации частиц. Например, кратковременного нагрева 100 мкм частиц до 350°С, скользящих по нагретому до 700°С барабану, достаточно в пределах 1 с. И чем меньше размер частиц сыпучего материала (<100 мкм), тем быстрее происходит процесс их нагрева. С барабана термообработанный продукт падает на холодильник для закалки-охлаждения, который затем сходит в накопительную емкость.In the prototype of the device, the nodes for loading, controlling the flow of bulk material, its quick quenching, cooling and collecting the finished product in the drive are solved by any known methods. The device operates in continuous or variable mode as follows. From the hopper, the loaded dry or wet (in the form of granules) granular material with a slowly rotating agitator is fed by a dispenser through the estrus to the surface of a rotating conical plate, through which the material, under the action of centrifugal force, slides to the periphery of the plate and is discarded through the gap of 2-5 mm onto the inner surface heated by the heating elements of the rotating drum. In this case, the granules are destroyed and the particles of the material, under the action of centrifugal force and gravity, slide along the inner surface of the drum down a helical line, while the force of pressing the particles to the drum (their contact time) is controlled by changing the number of revolutions of the drum. Upon contact with a heated drum, evaporation of particles of surface moisture occurs and removal of structural moisture from them under the action of short-term thermal activation of the particles. For example, short-term heating of 100 microns of particles to 350 ° C, sliding on a drum heated to 700 ° C, is enough within 1 s. And the smaller the particle size of the bulk material (<100 μm), the faster the process of their heating. From the drum, the heat-treated product falls on the refrigerator for quenching-cooling, which then goes into the storage tank.

Известно, что при контакте влажных гранул частиц с поверхностью, нагретой до температур порядка 600-700°С, происходит мгновенный их нагрев и разрыв гранул парами испаряющейся с частиц поверхностной влаги, т.к. сила связи (аутогезия) между частицами в гранулах посредством поверхностной влаги и некоторым их уплотнением при подаче в устройство экструзией, непрочная. Известно, что в промышленных аппаратах при движении сыпучего материала по нагретой поверхности (в контактных теплообменниках с движущимися слоями теплоносителя и др.) минимальное время теплообменных процессов значительно меньше времен контакта в этих аппаратах. Так, например, для речного песка с диаметром частиц 100 мкм, движущихся по нагретой поверхности, минимальное время их нагрева около 0,07 с, при диаметре 2 мм - около 2,8 с. Величины такого же порядка получены и для других сыпучих материалов. А поскольку большинство порошковых материалов, обрабатываемых по прототипу и в предлагаемом изобретении устройства, одинаковы и имеют частицы размером 5-150 мкм, то время испарения с них поверхностной влаги будет практически мгновенным. Если же оно будет соизмеримо с временем термоактивации, то их можно сложить и отрегулировать процесс числом оборотов поверхности. Как показали опыты, проведенные в Институте катализа, для разрушения гранул диаметром 2-3 мм на отдельные частицы, длительность процесса испарения с них влаги в процессе термоактивации составила около 1 с.It is known that upon contact of wet particle granules with a surface heated to temperatures of the order of 600-700 ° C, they instantly heat up and the granules break in pairs of surface moisture evaporating from the particles, because the bond strength (autogesia) between the particles in the granules by means of surface moisture and some of their compaction when supplied to the device by extrusion is fragile. It is known that in industrial apparatuses, when bulk material moves along a heated surface (in contact heat exchangers with moving layers of a coolant, etc.), the minimum time of heat exchange processes is much shorter than the contact times in these apparatuses. So, for example, for river sand with a particle diameter of 100 μm moving along a heated surface, the minimum time for their heating is about 0.07 s, with a diameter of 2 mm - about 2.8 s. Values of the same order are obtained for other bulk materials. And since most of the powder materials processed according to the prototype and in the device of the invention are the same and have particles of 5-150 microns in size, the time of evaporation of surface moisture from them will be almost instantaneous. If it is commensurate with the thermal activation time, then they can be folded and the process adjusted by the number of surface revolutions. As shown by experiments at the Institute of Catalysis, for the destruction of granules with a diameter of 2-3 mm into individual particles, the duration of the process of evaporation of moisture from them during thermal activation was about 1 s.

К основным недостаткам устройства по прототипу, выявленным при эксплуатации опытно-промышленного аппарата в Институте катализа СО РАН, следует отнести следующие:The main disadvantages of the prototype device identified during the operation of the experimental-industrial apparatus at the Institute of Catalysis of the SB RAS include the following:

1. Установлено, что при скольжении частиц по нагретой внутренней стенке барабана процесс их нагрева и интенсивность испарения поверхностной и структурной влаги происходит неравномерно, поскольку распределить частицы в один слой на поверхности вращения не представляется возможным, так как они распределяются по стенке в несколько слоев. В наиболее благоприятных условиях контакта частиц со стенкой находится их первый слой, а в остальных создаются неодинаковые условия по теплообмену и испарению влаги. В результате это приводит к сложностям в тепловом регулировании процесса термоактивации всех частиц, температура смеси которых при их сходе с барабана колеблется в диапазоне 350-420°С. Этот недостаток существенно осложняет термоактивацию разнородных партий сыпучих материалов, имеющих различное начальное поверхностное и структурное влагосодержание.1. It was found that when particles slip along the heated inner wall of the drum, the process of their heating and the intensity of evaporation of surface and structural moisture occurs unevenly, since it is not possible to distribute particles in one layer on the surface of revolution, since they are distributed over the wall in several layers. In the most favorable conditions for the contact of particles with the wall, their first layer is located, and in the rest, unequal conditions are created for heat transfer and evaporation of moisture. As a result, this leads to difficulties in the thermal regulation of the process of thermal activation of all particles, the temperature of the mixture of which when they leave the drum varies in the range of 350-420 ° C. This drawback significantly complicates the thermal activation of heterogeneous batches of bulk materials having different initial surface and structural moisture content.

2. При диаметре барабана по прототипу 0,7 м, его рабочей длине 0,43 м и плотном расположении ТЭНов снаружи и внутри барабана, их суммарная мощность составляет 50 кВт, и нагрев барабана до 600-700°С происходит преимущественно конвекцией, плотности теплового потока (отношение количества теплоты к продолжительности ее передачи через единицу поверхности, Вт/м2) которой для нагрева стенки недостаточно для термоактивации многослойного потока частиц за короткое время их контакта.2. When the diameter of the drum according to the prototype is 0.7 m, its working length is 0.43 m and the TENs are densely arranged outside and inside the drum, their total power is 50 kW, and the drum is heated to 600-700 ° C mainly by convection, thermal density flow (the ratio of the amount of heat to the duration of its transfer through a surface unit, W / m 2 ) which is not enough for wall heating to thermally activate a multilayer particle stream in a short contact time.

3. Вследствие таких сложностей, выявленных в прототипе, часто не удается получить структуру готового продукта с заданными свойствами, что не делает установку универсальной для термообработки широкого класса сыпучих материалов.3. Due to such difficulties identified in the prototype, it is often not possible to obtain the structure of the finished product with the desired properties, which does not make the installation universal for heat treatment of a wide class of bulk materials.

Изобретение решает задачу разработки такой конструкции, которая является практически универсальной и позволяет получать продукт заданного качества.The invention solves the problem of developing such a design, which is almost universal and allows to obtain a product of a given quality.

Технический результат - предлагаемое устройство позволяет получать продукты термоактивации с заданной структурой и свойствами.Technical result - the proposed device allows to obtain thermal activation products with a given structure and properties.

Предлагаемое устройство - циклонный термоактиватор исключает основной недостаток прототипа за счет плавного регулирования процесса термообработки частиц, что сделает установку более универсальной для термообработки широкого класса сыпучих материалов.The proposed device is a cyclone thermal activator eliminates the main disadvantage of the prototype due to the smooth regulation of the process of heat treatment of particles, which will make the installation more universal for heat treatment of a wide class of bulk materials.

Суть конструкции предлагаемого устройства заключается в более эффективном подводе тепла (плотности теплового потока) к поверхности нагрева, которое в процессе термоактивации частиц обеспечит достаточную и практически постоянную во времени температуру нагреваемой поверхности, что позволит получать продукты термоактивации с заданной структурой и свойствами.The essence of the design of the proposed device is a more efficient supply of heat (heat flux density) to the heating surface, which in the process of thermal activation of the particles will provide a sufficient and almost constant in time temperature of the heated surface, which will allow to obtain thermal activation products with a given structure and properties.

Реализацию способа термоударной обработки в циклонном термоактиваторе ведут с поступающей в него газовой взвесью сыпучего материала, которую готовят, например, перед термоактиватором путем дозирования материала в трубопровод подачи потока газа (воздуха, водяного пара и др.). При термоактивации частиц в устройстве происходит удаление наружной и структурной влаги, которая в виде водяного пара, смешиваясь с нагретым перед устройством потоком газа, образует перегретую парогазовую смесь, которую из рабочей камеры отводят (при необходимости) на очистку от пыли с дальнейшей утилизацией тепла, которое целесообразно использовать для нагрева (через теплообменник) газа, входящего в устройство. Для обработки ряда сыпучих материалов возможно создание циркуляционного или проточно-циркуляционного контура по возврату в устройство нагретой парогазовой смеси.The implementation of the thermal shock treatment method in a cyclone thermal activator is carried out with a gas suspension of bulk material that is prepared, for example, in front of the thermal activator by metering the material into a gas supply pipeline (air, water vapor, etc.). When particles are thermally activated in the device, external and structural moisture is removed, which in the form of water vapor, mixed with a gas stream heated in front of the device, forms an overheated vapor-gas mixture, which is removed from the working chamber (if necessary) for dust removal with further heat recovery, which it is advisable to use for heating (through a heat exchanger) the gas entering the device. To process a number of bulk materials, it is possible to create a circulation or flow-circulation circuit to return to the device a heated vapor-gas mixture.

Задача решается конструкцией устройства для импульсной тепловой обработки сыпучих материалов, включающего цилиндрическую рабочую камеру термоактивации с крышкой и коническим днищем, нагреваемую до 700-800°С рабочей стенки камеры для контакта и термоактивации частиц сыпучего материала под действием центробежных сил; узла ввода исходного материала, узла отвода перегретого водяного пара; примыкающего снаружи к коническому днищу рабочей камеры закалочного холодильника; узла сбора готового продукта под холодильником, оно включает также печь кипящего слоя, внутри которой расположена камера термоактивации; закалочный холодильник с накопительной камерой продукта и запорным клапаном. При этом устройство не содержит движущиеся узлы и детали.The problem is solved by the design of the device for pulsed heat treatment of bulk materials, including a cylindrical working chamber of thermal activation with a lid and a conical bottom, heated to 700-800 ° C of the working wall of the chamber for contact and thermal activation of particles of bulk material under the action of centrifugal forces; node input source material, node removal of superheated water vapor; adjacent to the outside of the conical bottom of the working chamber of the quenching refrigerator; assembly of the finished product under the refrigerator, it also includes a fluidized bed furnace, inside which there is a thermal activation chamber; quenching cooler with product storage chamber and shut-off valve. Moreover, the device does not contain moving units and parts.

Узел ввода сыпучего материала в виде газовзвеси представляет собой тангенциально врезанный во внутреннюю стенку печи кипящего слоя патрубок с регулируемой заслонкой.The unit for introducing bulk material in the form of a gas suspension is a pipe with an adjustable damper that is tangentially cut into the inside wall of the fluidized bed furnace.

Крышка имеет коническую форму и снабжена отводящим патрубком и линзовым компенсатором.The cover has a conical shape and is equipped with a discharge pipe and a lens compensator.

Патрубок узла ввода газовзвеси - квадратный или предпочтительно прямоугольный.The nozzle of the gas suspension input unit is square or preferably rectangular.

Рабочая камера термоактивации содержит цилиндрическую обечайку с усеченным конусом, образующую со стенкой камеры кольцевой канал, при этом диаметр обечайки равен диаметру стенки рабочей камеры минус две ширины патрубка ввода газовзвеси, при этом длина цилиндрической обечайки составляет 0,4-0,5 длины стенки рабочей камеры, высота приваренного снизу конуса составляет - 0,3-0,35 длины стенки, а площадь его горловины составляет 1,1-1,3 площади входного патрубка газовзвеси.The thermal activation working chamber contains a cylindrical shell with a truncated cone, forming an annular channel with the chamber wall, while the shell diameter is equal to the diameter of the working chamber wall minus two widths of the gas suspension inlet pipe, while the length of the cylindrical shell is 0.4-0.5 the length of the working chamber wall , the height of the cone welded from below is 0.3-0.35 of the length of the wall, and the area of its neck is 1.1-1.3 of the inlet area of the gas suspension.

Устройство - циклонный термоактиватор состоит из:Device - cyclone thermal activator consists of:

- цилиндрической рабочей камеры термоактивации частиц газовзвеси, которую с заданной расчетами скоростью подают через парубок тангенциально на внутреннюю поверхность стенки рабочей камеры, в результате чего частицы центробежными силами прижимаются к нагретой стенке и под действием закрученного потока перемещаются по стенке вниз по винтовой линии. При этом время контакта частиц с поверхностью нагрева зависит от свойств каждого класса сыпучих материалов - размеров их частиц и их концентрации в потоке газа, его температуры, вязкости и др. Поэтому время контакта частиц регулируют интенсивностью крутки потока путем задания скорости газовзвеси на входе, для чего патрубок ввода газовзвеси снабжен узлом регулирования скорости потока. Внутри рабочей камеры встроена цилиндрическая обечайка с усеченным конусом снизу, которая со стенкой рабочей камеры образует кольцевой канал для сохранения устойчивости скорости крутки газовзвеси, при этом ширина канала равна ширине входного патрубка. Длина цилиндрической обечайки составляет 0,4-0,5 длины стенки рабочей камеры, а высота конуса - 0,3-0,4 ее длины и площадью горловины 1,1-1,3 площади входного патрубка газовзвеси. Поскольку принцип работы термоактиватора не отличается от работы циклонов по пылеулавливанию твердых частиц из газа, то в зависимости от максимальной производительности, выбирают диаметр цилиндрической рабочей камеры устройства согласно расчетной методике циклонов, разработанной НИИОГАЗом, которая имеется во многих учебниках и справочной литературе в виде расчетных формул и номограмм эффективности (А.Г.Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии, М., АльянС, 2004; Ю.В.Красовицкий и др. Обеспыливание промышленных газов в фаянсовом производстве, М., Химия, 1994).- a cylindrical working chamber for the thermal activation of gas suspension particles, which is fed with a predetermined speed through the tube tangentially onto the inner surface of the working chamber wall, as a result of which the particles are pressed centrifugally against the heated wall and, under the action of the swirling flow, move down the helix along the wall. In this case, the contact time of particles with the heating surface depends on the properties of each class of bulk materials — their particle size and concentration in the gas stream, its temperature, viscosity, etc. Therefore, the contact time of the particles is controlled by the rate of flow twist by setting the velocity of the gas suspension at the inlet, for which the gas suspension inlet is equipped with a flow rate control unit. A cylindrical shell with a truncated cone from below is built inside the working chamber, which forms an annular channel with the wall of the working chamber to maintain stability of the gas suspension twist speed, while the channel width is equal to the width of the inlet pipe. The length of the cylindrical shell is 0.4-0.5 of the length of the wall of the working chamber, and the height of the cone is 0.3-0.4 of its length and the neck area is 1.1-1.3 of the inlet area of the gas suspension. Since the principle of operation of the thermal activator does not differ from the work of cyclones in collecting particulate matter from gas, depending on the maximum productivity, the diameter of the cylindrical working chamber of the device is chosen according to the calculation method of cyclones developed by NIIOGAZ, which is available in many textbooks and reference books in the form of calculation formulas and efficiency nomograms (A.G. Kasatkin. The main processes and apparatuses of chemical technology, M., AllianS, 2004; Yu.V. Krasovitsky and others. Dust removal of industrial gases in faience production, M., Chemistry, 1994).

- расположенного снизу рабочей камеры конического холодильника конструкции по прототипу, на поверхность которого частицы продукта термоактивации сходят (по инерции) с рабочей цилиндрической камеры для его быстрой закалки-охлаждения до заданной температуры. Габариты холодильника рассчитывают по методике расчета теплообменников по заданной производительности термоактиватора;- located on the bottom of the working chamber of the conical refrigerator of the prototype design, on the surface of which the particles of the product of thermal activation descend (by inertia) from the working cylindrical chamber for quick quenching-cooling to a given temperature. The dimensions of the refrigerator are calculated according to the method of calculating heat exchangers according to the given performance of the thermal activator;

- накопительной камеры снизу холодильника с запорным клапаном (любой известной конструкции), объем которой выбирают по производительности термоактиватора, где готовый продукт накапливается и охлаждается до заданного проектом времени, откуда его периодически выгружают в емкость сбора готового продукта;- a storage chamber at the bottom of the refrigerator with a shut-off valve (of any known design), the volume of which is selected according to the performance of the thermal activator, where the finished product is accumulated and cooled until the time specified by the project, from where it is periodically unloaded into the container for collecting the finished product;

- узла сбора готового продукта, объем которого превышает объем накопленного в накопительной камере продукта и может быть любой конструкции;- a collection unit for the finished product, the volume of which exceeds the volume accumulated in the storage chamber of the product and can be of any design;

- печи кипящего слоя, расположенной снаружи рабочей камеры в зоне ее нагрева, стенку которой нагревают путем контакта с внешней стороны кипящим слоем частиц инертного материала (или катализатора). Высокотемпературный кипящий слой, за счет высокого коэффициента теплопередачи, передает через стенку камеры постоянное (заданное температурой печи) количество тепла частицам обрабатываемого материала, что делает процесс их термоактивации легко управляемым. Температуру кипящего слоя в камере поддерживают известными способами - путем вдува топочных газов, полученных сжиганием вне слоя газового или жидкого топлива, или при сжигании топлива в слое. Согласно заданных проектом параметров печи - производительности устройства, теплонапряженности печи на единицу объема, места сжигания топлива, выбора рабочего материала (инерта или катализатора) печи кипящего слоя и др., проводят расчеты печи, ее узлов и деталей по известным формулам и номограммам, опубликованным во многих источниках - см., напр., А.Г.Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии, М., АльянС, 2004; С.С.Забродский. Высокотемпературные установки с псевдоожиженным слоем, М., Энергия, 1971.- a fluidized bed furnace located outside the working chamber in the heating zone, the wall of which is heated by contacting the fluidized particles of an inert material (or catalyst) from the outside. Due to the high heat transfer coefficient, the high-temperature fluidized bed transfers a constant (set by the oven temperature) amount of heat to the particles of the processed material through the chamber wall, which makes the process of their thermal activation easily controlled. The temperature of the fluidized bed in the chamber is maintained by known methods — by blowing the flue gases obtained by burning outside a layer of gas or liquid fuel, or by burning fuel in a layer. According to the furnace parameters set by the project — device productivity, furnace heat intensity per unit volume, fuel burning location, choice of working material (inert or catalyst) for a fluidized bed furnace, etc., the furnace, its components and parts are calculated according to well-known formulas and nomograms published in many sources - see, for example, A.G. Kasatkin. The main processes and apparatuses of chemical technology, M., AllianS, 2004; S.S. Zabrodsky. High-temperature installations with a fluidized bed, M., Energy, 1971.

Сущность изобретения поясняется Фиг.1 и Фиг.2.The invention is illustrated in figure 1 and figure 2.

Предлагаемый способ обработки сыпучих материалов термоактивацией частиц реализуется в устройстве - циклонном термоактиваторе, показанном на Фиг.1 в двух вариантах: справа от вертикальной оси - не работающий, а слева - термоактиватор в работе (движение сыпучего материала показано точками). Стрелками показаны направления движения потоков, где: СМ - сыпучий материал; ГВ - газовзвесь сыпучего материала; ПТ - продукт термоактивации; ГП - готовый продукт; ПГС - парогазовая смесь; КС - кипящий слой; ТГ - топочные газы; ОГ - отходящие газы; ХВ - холодная вода. На Фиг.2 показан в сечении узел регулирования тангенциальной скорости входа газовзвеси в устройство.The proposed method of processing bulk materials by thermal activation of particles is implemented in a device - a cyclone thermal activator, shown in Figure 1 in two versions: to the right of the vertical axis - not working, and to the left - the thermal activator in operation (the movement of bulk material is shown by dots). The arrows indicate the direction of flow, where: SM - bulk material; GV - gas suspension of bulk material; PT - product of thermal activation; GP - finished product; ASG - gas-vapor mixture; KS - fluidized bed; TG - flue gases; Exhaust gas - exhaust gases; ХВ - cold water. Figure 2 shows in section a node for controlling the tangential velocity of entry of a gas suspension into the device.

На Фиг.1 также показаны узлы устройства: рабочая камера термоактивации циклонного типа I, закалочный водяной холодильник II, накопительная камера готового продукта термоактивации III, съемная емкость сбора продукта IV и печь кипящего слоя V.Figure 1 also shows the components of the device: a working chamber for thermal activation of a cyclone type I, a quenching water cooler II, a storage chamber for the finished product of thermal activation III, a removable collection tank for product IV and a fluidized bed furnace V.

Рабочая камера I включает:The working chamber I includes:

- цилиндрическую обечайку 1, которая также является внутренней стенкой печи КС, размеры которой выбирают, в зависимости от производительности термоактиватора, по тангенциальной скорости ввода ГВ по методике, разработанной НИИОГАЗом по выбору промышленных циклонов для очистки газов от твердых частиц. Сверху к цилиндрической обечайке 1 приварена коническая крышка 2;- a cylindrical shell 1, which is also the inner wall of the KS furnace, the sizes of which are selected, depending on the performance of the thermal activator, according to the tangential velocity of the inlet of hot water according to the method developed by NIIOGAZ for the selection of industrial cyclones for cleaning gases from solid particles. A conical cover 2 is welded from above to the cylindrical shell 1;

- патрубок 3 ввода исходного материала - ГВ, который под крышкой 2 врезан тангенциально во внутреннюю стенку печи КС поз.1, и в котором установлена (регулируемая расход ГВ) поворотная заслонка 26 с фиксируемым ручным или приводным валом 27 (любой известной конструкции). Размеры тангенциального патрубка 3 выбирают также по методике НИИОГАЗа, в форме круглого, квадратного или предпочтительнее прямоугольного сечения, большая сторона которого расположена вертикально;- a nozzle 3 for inputting the starting material — GW, which is inserted tangentially into the inner wall of the KS furnace pos. 1 under the lid 2, and in which a rotary damper 26 with a fixed manual or drive shaft 27 (of any known design) is installed (adjustable GW flow rate). The dimensions of the tangential branch pipe 3 are also selected by the method of NIIOGAZ, in the form of a round, square or preferably rectangular section, the larger side of which is located vertically;

- патрубок выхода ПГС поз.4 с линзовым компенсатором 5;- the outlet pipe ASG pos.4 with a lens compensator 5;

- встроенную цилиндрическую обечайку 9, диаметр которой выбирают из расчета равенства ширины кольцевого канала между деталями поз.1 и 9 (см. Фиг.2), равного ширине патрубка 3. При этом длина цилиндрической обечайки 9 составляет 0,4-0,5 длины стенки 1, а высота приваренного снизу конуса 10 составляет - 0,3-0,35 длины стенки 1, с площадью горловины конуса, равной 1,1-1,3 площади входного патрубка 3;- built-in cylindrical shell 9, the diameter of which is selected based on the equality of the width of the annular channel between the parts 1 and 9 (see Figure 2), equal to the width of the pipe 3. The length of the cylindrical shell 9 is 0.4-0.5 length wall 1, and the height of the cone 10 welded from below is 0.3-0.35 of the length of wall 1, with the neck area of the cone equal to 1.1-1.3 of the inlet pipe 3;

- коническое днище 6, которое является внутренней стенкой холодильника II, с патрубком 7, в который встроен запорный поворотный клапан 8 (ручной или приводной - любой известной конструкции).- a conical bottom 6, which is the inner wall of the refrigerator II, with a pipe 7, in which a shut-off rotary valve 8 (manual or actuating - of any known design) is built-in.

Закалочный водяной холодильник II примыкает снизу к камере I и включает - цилиндрический корпус 11, равный диаметру обечайки 1, с коническим днищем 6. Снизу холодильника приварено плоское днище 12, а в обечайку 11 вварены патрубки входа-выхода хладагента 13. На Фиг.1 холодильник показан односекционным, а для плавного регулирования процесса закалки ряда продуктов термоактивации он может быть двух- и более секционным, с глухими перегородками между секциями. Размеры конического днища 6 выбирают по поверхности конуса, которую рассчитывают по методике расчета теплообменников по заданной производительности термоактиватора;The quenching water cooler II is adjacent to the bottom of the chamber I and includes a cylindrical body 11, equal to the diameter of the shell 1, with a conical bottom 6. A flat bottom 12 is welded at the bottom of the refrigerator, and refrigerant inlet and outlet pipes 13 are welded into the shell 11. In FIG. 1, the refrigerator It is shown as single-section, and for smooth regulation of the hardening process of a number of thermal activation products, it can be two or more sectional, with blind partitions between sections. The dimensions of the conical bottom 6 are selected on the surface of the cone, which is calculated according to the method of calculating heat exchangers for a given performance of the thermal activator;

- накопительную камеру готового продукта термоактивации, расположенную снизу холодильника, где готовый продукт накапливается и охлаждается, откуда его периодически выгружают. Камера включает накопительный патрубок 7, любой известной конструкции запорный клапан 8 и узел крепления 28 емкости сбора готового продукта. Размеры всех деталей выбирают по производительности термоактиватора.- the storage chamber of the finished product of thermal activation, located at the bottom of the refrigerator, where the finished product is accumulated and cooled, from where it is periodically unloaded. The camera includes a storage pipe 7, of any known design, a shut-off valve 8 and a fastening assembly 28 of the container for collecting the finished product. The sizes of all parts are selected according to the performance of the thermal activator.

Печь кипящего слоя V с расширительной камерой сверху включает:The fluidized bed furnace V with an expansion chamber on top includes:

- цилиндрический корпус 14 с днищем 15, усеченный конус 16, цилиндрическую обечайку 17, плоскую приваренную (или съемную, на фланцах) крышку 18 с патрубком 19 отходящих из печи газов ОГ. Для загрузки материала в печь на крышке 18 приварен заглушенный люк 22, а для разгрузки материала - заглушенный патрубок 23;- a cylindrical body 14 with a bottom 15, a truncated cone 16, a cylindrical shell 17, a flat welded (or removable, on the flanges) cover 18 with a pipe 19 of exhaust gases from the furnace. To load the material into the furnace, a muffled hatch 22 is welded on the lid 18, and a muffled pipe 23 is welded to unload the material;

- примыкающую к холодильнику II подрешеточную камеру с патрубком 21, для распределения ТГ, с решеткой 20 любой конструкции (беспровальной, колпачковой и др.).- adjacent to the refrigerator II sublattice chamber with a nozzle 21, for the distribution of TG, with a lattice 20 of any design (wireless, cap, etc.).

Размеры перечисленных деталей печи выбирают по известным расчетам печей кипящего слоя, в зависимости от ее тепловой нагрузки. Снаружи горячие участки и детали печи покрыты теплоизоляцией 24. Устройство установлено на опору 25 (любой конструкции).The dimensions of the listed furnace parts are selected according to well-known calculations of fluidized bed furnaces, depending on its thermal load. Outside, the hot sections and parts of the furnace are covered with thermal insulation 24. The device is mounted on a support 25 (of any design).

Узел регулирования скорости входа газовзвеси в рабочую камеру показан на Фиг.2, который состоит из: патрубка 3, встроенного в его горизонтальные стороны передвижной заслонки 26, закрепленной к ручной вращающейся оси 27, имеющей сверху стопорное крепление (любой конструкции) с фиксатором заданного положения заслонки 26.The site for controlling the velocity of the entrance of the gas suspension into the working chamber is shown in Figure 2, which consists of: a nozzle 3 integrated in its horizontal sides of the movable flap 26, fixed to a manual rotating axis 27, having a lock fastener (of any design) with a latch for a predetermined position of the flap 26.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Вначале печь V заполняют инертным материалом (или катализатором) через загрузочный люк 22. Затем заполняют хладагентом (водой) закалочный холодильник II, устанавливают и закрепляют снизу съемную емкость сбора продукта IV, и закрывают поворотный клапан 8. Согласно выбранному расходу ГВ (см. выше), поворотом оси 27 устанавливают расчетный зазор между заслонкой 26 и стенкой патрубка 3.Initially, furnace V is filled with an inert material (or catalyst) through the loading hatch 22. Then, the quench cooler II is filled with refrigerant (water), the removable product collection tank IV is installed and secured from below, and the rotary valve 8 is closed 8. According to the selected HS flow rate (see above) , by turning the axis 27 establish the estimated clearance between the valve 26 and the wall of the pipe 3.

Пуск начинают с разогрева печи. Высокую (заданную) температуру ТГ для КС реализуют любым известным способом. Напр., путем вдува снизу слоя через патрубок 21 ТГ, полученного в расположенной вне устройства камере сжиганием газового или жидкого топлива. В случае использования в КС катализатора, его при пуске также нагревают известными способами до температуры начала реакции и затем подводят холодную горючую смесь. В поток подачи нагретого газа в термоактиватор вдувают (любым известным способом) расчетное количество сыпучего материала и полученную ГВ через тангенциальный патрубок 3 подают в термоактиватор. Частицы материала, под действием центробежной силы, прижимаются к разогретой от КС стенке 1 и скользят вниз по винтовой линии. При контакте частиц сыпучего материала с нагретой поверхностью быстрая передача тепла к ним передается в виде теплового удара с мгновенным испарением с частиц поверхностной и внутренней влаги. Время пребывания частиц в контакте с поверхностью 1 в рабочей камере задают скоростью подачи ГВ. После прохождения частицами зоны печи КС (на стенке 1) полученный после термоактивации продукт поступает для закалки-охлаждения в закалочный холодильник II, температуру которого регулируют подачей ХВ путем интенсивного отвода тепла от материала до получения заданной степени его охлаждения. Затем продукт поступает в зону накопления продукта III, откуда поворотом клапана 8 периодически ссыпается в съемную емкость готового продукта IV. Выделяющиеся в процессе термоактивации из частиц водяные пары, совместно с нагретым газом и пылевыми частицами, в виде ПГС через патрубок 4 отводят из термоактиватора, вне его отфильтровывают от пыли, а тепло ПГС используют, напр., для нагрева газовых составляющих потоков ГВ или ТГ. Высокотемпературный отходящий газ ОГ из печи кипящего слоя IV через патрубок 19 отводят и также утилизируют и очищают по аналогии с потоком ПГС.Start start with heating the oven. The high (predetermined) temperature of the TG for the CS is realized by any known method. For example, by blowing from the bottom of the layer through the nozzle 21 TG obtained in a chamber located outside the device by burning gas or liquid fuel. In the case of using a catalyst in KS, it is also heated at start-up by known methods to the temperature at which the reaction began and then a cold combustible mixture is supplied. The calculated amount of bulk material is blown into the stream of hot gas supply to the thermal activator (by any known method) and the resulting HS through the tangential pipe 3 is fed into the thermal activator. Particles of material, under the action of centrifugal force, are pressed against the wall 1 heated from the CS and slide down a helical line. When particles of bulk material come in contact with a heated surface, rapid heat transfer to them is transmitted in the form of heat stroke with instant evaporation from particles of surface and internal moisture. The residence time of particles in contact with the surface 1 in the working chamber is set by the feed rate of the hot water. After the particles pass through the zone of the KS furnace (on wall 1), the product obtained after thermal activation enters the quenching cooler II for quenching-cooling, the temperature of which is controlled by the supply of HV by intensive heat removal from the material to obtain a given degree of cooling. Then the product enters the product accumulation zone III, from where it is periodically poured into the removable container of the finished product IV by turning the valve 8. Water vapors released during thermal activation from particles, together with heated gas and dust particles, are removed from the thermal activator in the form of an ASG through a nozzle 4, filtered off from dust outside it, and ASG heat is used, for example, to heat the gas components of the HV or TG flows. The high-temperature exhaust gas from the fluidized-bed furnace IV through the nozzle 19 is removed and also disposed of and cleaned by analogy with the ASG stream.

Claims (5)

1. Устройство для импульсной тепловой обработки сыпучих материалов, включающее цилиндрическую рабочую камеру термоактивации с крышкой и коническим днищем, нагреваемую до 700-800°С рабочей стенки камеры для контакта и термоактивации частиц сыпучего материала под действием центробежных сил; узел ввода сыпучего материала, узел отвода парогазовой смеси; закалочный холодильник, примыкающий снаружи к коническому днищу рабочей камеры; узел сбора готового продукта под холодильником, отличающееся тем, что оно включает печь кипящего слоя, внутри которой расположена камера термоактивации; закалочный холодильник с накопительной камерой продукта с запорным клапаном.1. A device for pulsed heat treatment of bulk materials, including a cylindrical working chamber of thermal activation with a lid and a conical bottom, heated to 700-800 ° C of the working wall of the chamber for contact and thermal activation of particles of bulk material under the action of centrifugal forces; a unit for introducing bulk material, a unit for removing the vapor-gas mixture; quenching refrigerator adjacent to the outside of the conical bottom of the working chamber; assembly of the finished product under the refrigerator, characterized in that it includes a fluidized bed furnace, inside which there is a thermal activation chamber; quenching cooler with product storage chamber with shut-off valve. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел ввода сыпучего материала в виде газовзвеси представляет собой тангенциально врезанный во внутреннюю стенку печи кипящего слоя патрубок с регулируемой заслонкой.2. The device according to claim 1, characterized in that the node for introducing bulk material in the form of a gas suspension is a pipe with an adjustable damper that is tangentially cut into the inner wall of the fluidized bed furnace. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что крышка имеет коническую форму и снабжена патрубком выхода парогазовой смеси и линзовым компенсатором.3. The device according to claim 1, characterized in that the cover has a conical shape and is equipped with an outlet pipe for the vapor-gas mixture and a lens compensator. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что патрубок узла ввода газовзвеси - квадратный или, предпочтительно, прямоугольный.4. The device according to claim 2, characterized in that the pipe of the gas suspension input unit is square or, preferably, rectangular. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочая камера термоактивации содержит цилиндрическую обечайку с усеченным конусом, образующую со стенкой камеры кольцевой канал, при этом диаметр обечайки равен диаметру стенки рабочей камеры минус две ширины патрубка узла ввода газовзвеси, при этом длина цилиндрической обечайки составляет 0,4-0,5 длины стенки рабочей камеры, высота приваренного снизу конуса составляет - 0,3-0,35 длины стенки, а площадь его горловины составляет 1,1-1,3 площади патрубка узла ввода газовзвеси. 5. The device according to claim 1, characterized in that the working chamber of thermal activation contains a cylindrical shell with a truncated cone, forming an annular channel with the chamber wall, while the diameter of the shell is equal to the diameter of the wall of the working chamber minus two widths of the nozzle of the gas suspension input unit, while the length of the cylindrical the shell is 0.4-0.5 of the length of the wall of the working chamber, the height of the cone welded from below is 0.3-0.35 of the length of the wall, and the area of its neck is 1.1-1.3 of the area of the nozzle of the gas suspension input unit.
RU2007127872/06A 2007-07-20 2007-07-20 Device for pulsed heat treatment of bulk materials RU2360196C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007127872/06A RU2360196C2 (en) 2007-07-20 2007-07-20 Device for pulsed heat treatment of bulk materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007127872/06A RU2360196C2 (en) 2007-07-20 2007-07-20 Device for pulsed heat treatment of bulk materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007127872A RU2007127872A (en) 2009-01-27
RU2360196C2 true RU2360196C2 (en) 2009-06-27

Family

ID=40543659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007127872/06A RU2360196C2 (en) 2007-07-20 2007-07-20 Device for pulsed heat treatment of bulk materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2360196C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007127872A (en) 2009-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2316517C2 (en) Gypsum drying and/or burning plant
EA010276B1 (en) Method and apparatus for heat treatment in a fluidized bed
CN101443103A (en) Process and apparatus for continuous polymerization of polymer in solid phase
US10428277B2 (en) Device for processing scrap rubber
CA2673640C (en) Device and process for heat transfer
SU1243618A3 (en) Method of preparing charge for glassmaking and device for effecting same
US20080268395A1 (en) Method and Device for Pulse Heat Treatment of Bulk Materials
JP2023052959A (en) Methods of thermal treatment
US4932862A (en) Suspended gas reactor
JPH09110485A (en) Cement production equipment
RU2360196C2 (en) Device for pulsed heat treatment of bulk materials
US3175302A (en) Gravity-type heat exchanger for treating particulate solid material
JPH11263979A (en) Lamination type apparatus for heat treatment
RU2452719C2 (en) Device for production of porous granulated ammonium nitrate and method for production of porous granulated ammonium nitrate
CN1120588A (en) Calcining system and technique for fluidized bed-mobile bed mixed reactor
JP3115633B2 (en) Horizontal rotary furnace equipment
JP2005083644A (en) Drier
US5906483A (en) Rotary film calciner
RU2681328C1 (en) Rotary drum-type furnace
RU2186616C1 (en) Plant and method for thermoimpact treatment of loose materials
RU2350864C1 (en) Disk-type device for thermal treatment of bulk materials
US4335663A (en) Thermal processing system
RU2462287C1 (en) Desublimator
RU2393398C1 (en) Plant for thermal drying of loose disperse material
RU2805399C1 (en) Installation for drying bulk and disperse materials

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180721