RU2576708C1

RU2576708C1 - Vortex spray dryer for dispersed materials

Info

Publication number: RU2576708C1
Application number: RU2014141775/06A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2016-03-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to spray dryer for dispersed materials in metallurgy, chemical, food and other industries. Swirl spray dryer comprises drying chamber with a cylindrical shape with chordal-arranged nozzles for supply of heat carrier, axes being located tangentially to imaginary circle, and a sprayer fitted along chamber axis, drying chamber is composed of two cylinders of different diameter, smaller of which is equal to 1.0…1.5 of diameter of said imaginary circle, nozzles are arranged from outlet section of smaller cylinder at distance not exceeding two diameters of nozzle, in it at level of nozzles in planes parallel to its axis, at a distance from it h = aR blades are inclined towards flow leaving gas nozzles, where a is location of nozzles, R is radius of chamber. In dryer there are at least two slotted nozzles arranged at larger cylinder inner wall, nozzles are arranged in collectors, connected by pipelines with header for supply of heated gases and directed tangentially to larger cylinder circumference at point of contact of manifold with larger cylinder inner wall, and fluid sprayer comprises a body, which is composed of feed nose-piece with a central bore and rigidly jointed therewith and coaxial cylindrical sleeve with inner thread in cylindrical case there is expansion chamber coaxial to housing, body in its lower part is connected to sleeve nozzle made in form of inverted barrel, in bottom of which is a turbulent fluid flow swirler with at least two inclined to axis of nozzle inlet cylindrical holes arranged in bottom of nozzle with central cylindrical orifice is connected with nozzle mixing chamber communicated with outlet diffuser chamber.

EFFECT: technical result is improved efficiency and quality of drying by preventing material sticking on chamber wall.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к распылительной сушилке дисперсных материалов в металлургической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.The invention relates to a spray dryer of dispersed materials in the metallurgical, chemical, food and other industries.

Известна распылительная сушилка по патенту РФ №2513077, F26B 17/10, содержащая камеру цилиндрической формы с хордально размещенными соплами для подачи теплоносителя, оси которых расположены по касательной к мнимой окружности, и распылитель, установленный по оси камеры (прототип). Данная сушилка является наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.Known spray dryer according to the patent of Russian Federation No. 2513077, F26B 17/10, containing a cylindrical chamber with chordally placed nozzles for supplying coolant, the axes of which are located tangent to the imaginary circle, and a spray mounted on the camera axis (prototype). This dryer is the closest to the invention in technical essence and the achieved result.

Недостатком известной распылительной сушилки является возможность налипания материала на стенки камеры, неэкономичность и низкое качество сушки.A disadvantage of the known spray dryer is the possibility of adhesion of the material to the walls of the chamber, uneconomical and low quality drying.

Технический результат - повышение экономичности и качества сушки путем предотвращения налипания материала на стенки камеры.The technical result is an increase in the efficiency and quality of drying by preventing sticking of the material to the walls of the chamber.

Это достигается тем, что в вихревой распылительной сушилке, содержащей сушильную камеру цилиндрической формы с хордально размещенными соплами для подачи теплоносителя (например, газов), оси которых расположены по касательной к мнимой окружности, и распылитель, установленный по оси камеры, причем сушильная камера выполнена в виде двух последовательно соединенных цилиндров разного диаметра, меньший из которых составляет 1,0…1,5 диаметра вышеуказанной мнимой окружности, причем сопла расположены от выходного сечения меньшего цилиндра на расстоянии, не превышающем два диаметра сопла, в ней на уровне сопел в плоскостях, параллельных ее оси, на расстоянии от нее h=aR установлены лопатки, наклоненные навстречу потоку выходящих из сопел газов, где а - хордальность сопел, R - радиус камеры, причем лопатки установлены с возможностью перемещения вдоль оси камеры и с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной оси камеры, в сушилке предусмотрены по крайней мере два щелевых сопла, расположенные на внутренней стенке большого цилиндра, причем сопла расположены в коллекторах, соединенных посредством трубопроводов с коллектором для подачи нагретых газов, и направлены по касательной к окружности большого цилиндра в точке контакта коллектора с внутренней стенкой большого цилиндра, а распылитель жидкости содержит корпус, который выполнен в виде подводящего штуцера с центральным отверстием и жестко соединенной с ним и соосной цилиндрической гильзой с внутренней резьбой, в цилиндрической гильзе расположена расширительная камера, соосная корпусу, при этом соосно корпусу, в его нижней части подсоединено к гильзе посредством резьбы сопло, выполненное в виде перевернутого стакана, в днище которого выполнен турбулентный завихритель потока жидкости с по крайней мере двумя наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий, расположенных в днище сопла, в котором выполнено центральное цилиндрическое дроссельное отверстие, соединенное со смесительной камерой сопла, последовательно соединенной с диффузорной выходной камерой, причем эффективные площади проходных сечений наклонных цилиндрических отверстий, взятые в совокупности, и центрального отверстия равны между собой.This is achieved by the fact that in a vortex spray dryer containing a drying chamber of a cylindrical shape with chordally placed nozzles for supplying coolant (for example, gases), the axes of which are located tangentially to an imaginary circle, and a spray mounted along the axis of the chamber, and the drying chamber is made in in the form of two series-connected cylinders of different diameters, the smaller of which is 1.0 ... 1.5 diameter of the above imaginary circle, and the nozzles are located from the output section of the smaller cylinder at at a state not exceeding two nozzle diameters, there are blades installed at the nozzle level in planes parallel to its axis, at a distance from it h = aR, inclined towards the flow of gases exiting the nozzle, where a is the nozzle chordality, R is the chamber radius, and the blades are mounted to move along the axis of the chamber and to rotate in a plane perpendicular to the axis of the chamber, the dryer has at least two slotted nozzles located on the inner wall of the large cylinder, the nozzles being located in the collectors connected through pipelines with a collector for supplying heated gases, and directed tangentially to the circumference of the large cylinder at the point of contact of the collector with the inner wall of the large cylinder, and the liquid atomizer contains a housing that is made in the form of a supply fitting with a central hole and rigidly connected to it and coaxial a cylindrical sleeve with an internal thread, in the cylindrical sleeve there is an expansion chamber, coaxial to the body, while coaxially to the body, in its lower part it is connected to the sleeve With a thread, a nozzle made in the form of an inverted cup, in the bottom of which a turbulent swirl of a fluid flow is made with at least two inputs inclined in the form of cylindrical holes located in the nozzle bottom, in which a central cylindrical throttle hole is connected to the mixing chamber nozzles connected in series with the diffuser outlet chamber, the effective pass-through areas of inclined cylindrical holes taken together and the central o holes are equal to each other.

На фиг. 1 изображена вихревая распылительная сушилка; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - схема распылителя.In FIG. 1 shows a vortex spray dryer; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1, in FIG. 3 is a spray diagram.

Вихревая распылительная сушилка содержит сушильную камеру в виде большого цилиндра 2, малый цилиндр 1, коллектор 3 для нагрева газов, сопла 4 для подачи теплоносителя, распылитель 5, систему 6 отсоса и узел 7 выгрузки. Для интенсификации вихревой подачи теплоносителя и предотвращения налипания материала на стенки большого цилиндра 2 в сушилке предусмотрены, по крайней мере, два щелевых сопла 10, расположенные на внутренней стенке большого цилиндра 2. Сопла 10 расположены в коллекторах 9, соединенных посредством трубопроводов 8 с коллектором 3 для подачи нагретых газов. Сопла 10 направлены по касательной к окружности большого цилиндра 2 в точке 11 контакта коллектора с внутренней стенкой большого цилиндра 2.The vortex spray dryer contains a drying chamber in the form of a large cylinder 2, a small cylinder 1, a collector 3 for heating gases, a nozzle 4 for supplying a heat carrier, a spray 5, a suction system 6 and an unloading unit 7. To intensify the vortex flow of the coolant and prevent the material from sticking to the walls of the large cylinder 2, at least two slotted nozzles 10 located on the inner wall of the large cylinder 2 are provided in the dryer. The nozzles 10 are located in the manifolds 9, connected via pipelines 8 to the collector 3 for supply of heated gases. The nozzles 10 are directed tangentially to the circumference of the large cylinder 2 at the point 11 of the contact of the collector with the inner wall of the large cylinder 2.

Лопатки 14, служащие для отвода части потока нагретых газов в приосевую область 13 (условную окружность 13) камеры, расположены на уровне сопел 4 в плоскостях, параллельных оси камеры, и скреплены с опорной пластиной посредством фиксаторов (на чертеже не показано), ослабление которых обеспечивает возможность поворота лопаток вокруг оси на необходимый угол. Труба 12, жестко скрепленная с опорной пластиной, установлена с возможностью свободного перемещения по направляющей трубе для поднятия или опускания лопаток 14 относительно сопел 4.The blades 14, which serve to divert part of the heated gas stream to the axial region 13 (circumference 13) of the chamber, are located at the nozzle 4 level in planes parallel to the chamber axis and are fastened to the base plate by means of clamps (not shown in the drawing), the attenuation of which ensures the ability to rotate the blades around the axis at the required angle. The pipe 12, rigidly fastened to the support plate, is installed with the possibility of free movement along the guide pipe to raise or lower the blades 14 relative to the nozzles 4.

Распылитель жидкости (фиг. 3) содержит корпус 15, который выполнен в виде подводящего штуцера с центральным отверстием 22 и жестко соединенной с ним и соосной цилиндрической гильзой 21 с внутренней резьбой 19. В цилиндрической гильзе 21 расположена расширительная камера 18, соосная корпусу 15. При этом соосно корпусу, в его нижней части подсоединено к гильзе 21 посредством резьбы 19 сопло 20, выполненное в виде перевернутого стакана, в днище 17 которого выполнен турбулентный завихритель потока жидкости с по крайней мере двумя наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий 23 и 24, расположенных в днище 17 сопла 20. В днище 17 сопла 20 также выполнено центральное цилиндрическое дроссельное отверстие 16, соединенное со смесительной камерой 25 сопла, последовательно соединенной с диффузорной выходной камерой 26. Причем эффективные площади проходных сечений наклонных цилиндрических отверстий 23 и 24, взятые в совокупности, и центрального отверстия 16 равны между собой.The liquid atomizer (Fig. 3) contains a housing 15, which is made in the form of a supply fitting with a central hole 22 and rigidly connected to it and a coaxial cylindrical sleeve 21 with an internal thread 19. In the cylindrical sleeve 21 there is an expansion chamber 18, coaxial to the housing 15. When this is coaxial to the body, in its lower part is connected to the sleeve 21 by means of a thread 19 a nozzle 20, made in the form of an inverted glass, in the bottom 17 of which is made a turbulent swirl fluid flow with at least two inclined to the axis of the nozzle dams in the form of cylindrical holes 23 and 24 located in the bottom 17 of the nozzle 20. In the bottom 17 of the nozzle 20 there is also a central cylindrical throttle hole 16 connected to the mixing chamber 25 of the nozzle connected in series to the diffuser outlet chamber 26. Moreover, the effective passage areas of inclined cylindrical holes 23 and 24, taken together, and the Central hole 16 are equal to each other.

Вихревая распылительная сушилка работает следующим образом.Vortex spray dryer operates as follows.

Нагретые газы из топочного устройства поступают в коллектор 3, далее через сопла 4 в объем малого цилиндра 1, где в результате взаимодействия между собой хордальных струй нагретого газа образуют основной интенсивный вихрь, исходящий из малого цилиндра 1. Сушильный материал и сжатый воздух поступают в распылитель (пневматическую форсунку) 5, где происходит распыление материала. Распыленный материал смешивается с нагретыми газами и далее в процессе совместного движения высушивается, поступает в нижнюю часть цилиндра 2, откуда удаляется через узел 7 выгрузки. При этом сопла 10 в результате истечения из них струй нагретого газа, направленных по касательной к окружности большого цилиндра 2, образуют дополнительный интенсивный вихрь, исходящий из большого цилиндра 2 и соединяющийся с основным вихрем. Направление основного и дополнительного вихрей организовано одинаковым для того, чтобы получить максимальную энергию суммарного вращающегося вихря, который вместе с высушиваемым материалом выходит на оптимальный режим вращающегося кольца, наиболее предпочтительный для распылительных сушилок.Heated gases from the combustion device enter the manifold 3, then through nozzles 4 into the volume of the small cylinder 1, where, as a result of the interaction between the chordal jets of the heated gas, they form the main intense vortex coming from the small cylinder 1. The drying material and compressed air enter the atomizer ( pneumatic nozzle) 5, where the material is sprayed. The sprayed material is mixed with heated gases and then, in the process of joint movement, it is dried, enters the lower part of the cylinder 2, from where it is removed through the unloading unit 7. In this case, the nozzles 10 as a result of the outflow of jets of heated gas directed tangentially to the circumference of the large cylinder 2 form an additional intense vortex emanating from the large cylinder 2 and connected to the main vortex. The direction of the main and additional vortices is the same in order to obtain the maximum energy of the total rotating vortex, which, together with the dried material, reaches the optimal mode of the rotating ring, most preferred for spray dryers.

Нагретые газы через большой цилиндр 2 подают в коллектор 3 и далее через сопла 4 в объем малого цилиндра 1. Газы перемещаются вдоль осевых линий сопел 4, являющихся касательными к условной окружности 13, и формируют в объеме камеры основной вихрь, диаметр которого равен диаметру условной окружности 13. Основной вихрь перемещается вдоль камеры по винтовой линии, постепенно расходящейся под действием центробежных сил. Часть потока от основного вихря отбирается лопатками 14 и направляется на меньший радиус вращения с образованием дополнительного вихря, диаметр которого равен диаметру условной окружности 13. Дополнительный вихрь перемещается вдоль камеры по винтовой линии, также постепенно расходящейся за счет центробежных сил.Heated gases through a large cylinder 2 are fed into the manifold 3 and then through the nozzles 4 into the volume of the small cylinder 1. The gases move along the axial lines of the nozzles 4, which are tangent to the conditional circle 13, and form the main vortex in the chamber volume, the diameter of which is equal to the diameter of the conditional circle 13. The main vortex moves along the chamber along a helical line, gradually diverging under the action of centrifugal forces. Part of the flow from the main vortex is selected by the blades 14 and directed to a smaller radius of rotation with the formation of an additional vortex, the diameter of which is equal to the diameter of the circumference 13. The additional vortex moves along the chamber along a helical line, also gradually diverging due to centrifugal forces.

Распылитель 5 устанавливается в рабочее состояние в вертикальном положении.The atomizer 5 is installed in an upright state.

Распыляемая жидкость поступает в корпус 15 через центральное отверстие 22, затем в расширительную камеру 18, соосную корпусу 15. После камеры 18 жидкость направляется к соплу 20, где распределяется по нескольким направлениям: первое - по центральному цилиндрическому дроссельному отверстию 16 в смесительную камеру 25, а второе - в турбулентный завихритель потока жидкости с наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий 23 и 24, также соединенных со смесительной камерой 25 сопла, где при взаимодействии этих встречающихся потоков происходит их дробление с образованием турбулентного потока, направляющегося к диффузорной выходной камере 26, где происходит дополнительное дробление капель жидкости при их столкновении друг с другом за счет расширяющегося турбулентного потока жидкости.The sprayed liquid enters the casing 15 through the central opening 22, then into the expansion chamber 18, coaxial to the casing 15. After the chamber 18, the liquid is directed to the nozzle 20, where it is distributed in several directions: the first through the central cylindrical throttle bore 16 into the mixing chamber 25, and the second - into a turbulent swirl of a fluid flow with inlets inclined to the nozzle axis in the form of cylindrical holes 23 and 24, also connected to the mixing chamber 25 of the nozzle, where during the interaction of these encountered flows Odita crushing them to form a turbulent flow heading to the diffuser outlet chamber 26, where the additional fragmentation of liquid droplets when they collide with each other due to the expanding of the turbulent fluid flow.

Теплоноситель, насыщенный водяным паром, удаляется через систему 6 отсоса.The heat carrier saturated with water vapor is removed through the suction system 6.

При выполнении камеры в виде двух последовательно установленных соосных цилиндров 1 и 2 различного диаметра обеспечивается сосредоточенный подвод потока теплоносителя к корню факела распыления, при этом создаются наилучшие условия для интенсивного взаимодействия потока теплоносителя с факелом распыляемого материала в его корне за счет уменьшения расстояния от сопла для нагретых газов до корня факела распыления. Кроме того, такая конструкция позволяет подавать нагретые газы из меньшего цилиндра в больший в виде сформированного вихря определенных размеров, обеспечивающего наилучшие условия по тепломассообмену в объеме большого цилиндра. При этом значительно уменьшаются размеры зоны рециркуляции вокруг места выхода каждой струи подаваемого потока теплоносителя, что снижает потери тепла через крышку и стенки, ограничивающие размеры зоны рециркуляции.When the chamber is made in the form of two sequentially mounted coaxial cylinders 1 and 2 of different diameters, a concentrated supply of the coolant flow to the root of the spray plume is provided, while the best conditions are created for intensive interaction of the coolant flow with the spray plume in its root by reducing the distance from the nozzle for heated gases to the root of the spray torch. In addition, this design allows the supply of heated gases from a smaller cylinder to a larger one in the form of a formed vortex of certain sizes, providing the best conditions for heat and mass transfer in the volume of a large cylinder. This significantly reduces the size of the recirculation zone around the outlet of each jet of the supplied coolant flow, which reduces heat loss through the lid and walls, limiting the size of the recirculation zone.

Предложенная конструкция вихревой сушильной камеры обеспечивает сосредоточенный подвод потока теплоносителя к корню факела распыления при температуре нагретых газов, превышающей допустимую для сухого материала, способствует уменьшению налипания материала на стенки камеры и снижению потерь тепла через стенку, исключает зоны рециркуляции в области подачи теплоносителя, уменьшает потери на трение и площадь высокотемпературной поверхности камеры, снижает гидравлическое сопротивление за счет простого оформления входного участка.The proposed design of the vortex drying chamber provides a concentrated supply of the coolant flow to the root of the spray jet at a temperature of heated gases exceeding that permissible for dry material, helps to reduce the buildup of material on the chamber walls and reduce heat loss through the wall, eliminates recirculation zones in the coolant supply area, and reduces losses by friction and the area of the high-temperature surface of the chamber, reduces hydraulic resistance due to the simple design of the inlet section.

Claims

A vortex spray dryer containing a cylindrical drying chamber with chordally arranged nozzles for supplying gases whose axes are tangent to an imaginary circle, and a spray mounted on the axis of the chamber, the drying chamber made in the form of two cylinders of different diameters connected in series, the smaller of which is 1.0 ... 1.5 diameters of the above imaginary circle, and the nozzles are located from the output section of the smaller cylinder at a distance not exceeding two nozzle diameters, in it the level of the nozzles in planes parallel to its axis, at a distance from it h = aR, blades are installed, inclined towards the flow of gases leaving the nozzles, where a is the chordality of the nozzles, R is the radius of the chamber, and the blades are mounted to move along the axis of the chamber and with the possibility rotation in a plane perpendicular to the axis of the chamber, the dryer has at least two slotted nozzles located on the inner wall of the large cylinder, and the nozzles are located in the manifolds, connected through pipelines to the collector for the supply of heated gases and directed tangentially to the circumference of the large cylinder at the point of contact of the manifold with the inner wall of the large cylinder, characterized in that the liquid atomizer contains a housing that is made in the form of a supply fitting with a central hole and rigidly connected to it and a coaxial cylindrical sleeve with an internal threaded, in the cylindrical sleeve there is an expansion chamber, coaxial to the body, while coaxially to the body, in its lower part is connected to the sleeve through the thread a nozzle made in the form of an inverted cup, in the bottom of which a turbulent swirl of a fluid flow is made with at least two inlet inclined to the nozzle axis in the form of cylindrical holes located in the nozzle bottom, in which a central cylindrical throttle hole is connected to the nozzle mixing chamber connected in series with a diffuser output chamber, and the effective pass-through areas of inclined cylindrical holes taken together and the central hole are equal to each other.