RU2613232C1

RU2613232C1 - Installation for heat- and mass exchange treatment of multicomponent products

Info

Publication number: RU2613232C1
Application number: RU2016100171A
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Шахов; Сергей Тихонович Антипов; Сергей Юрьевич Панов; Дмитрий Михайлович Визир; Виктор Олегович Инютин; Александр Александрович Мягков; Александр Валентинович Зинковский
Priority date: 2016-01-11
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2017-03-15

Abstract

FIELD: food industry.

SUBSTANCE: invention relates to food industry and can be used for food waste processing. The installation comprises the following units set sequentially: equipment for mechanical drying, for product predrying, for product heat treatment in active hydrodynamic mode, for separation and trapping of finished product fractions, for heat carrier preparation. A decanter is used as the mechanical drying unit. A conveyor worm with electric heating elements is used as the product predrying unit. A mass exchange apparatus is used as the product heat treatment unit, it is made as a cylinder-conical chamber with a tangentially set nozzle to inject product's gas suspension with said nozzle being equipped by an injector, it also comprises a hollow insert with alternating narrow and wider parts, a branch pipe to withdraw heat carrier, a reflector, a branch pipe with a confuser to lead-in the heat carrier mix flow and a branch pipe to withdraw the heat carrier. The latter unit is fitted by the devices for separation and trapping of finished product fractions in the form of a smoke exhauster, a cyclone, an electrostatic filter installed sequentially. A gas heat generator with a burner, a compressor with electric heater and a membrane generator are used as units for heat carrier preparation. The branch pipe for heat carrier mix flow lead-in is piped to the injector's heating jacket.

EFFECT: use of the invention provides for the decrease of power and material inputs.

3 dwg

Description

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано при переработке отходов пищевых производств.The invention relates to the food industry and can be used in the processing of food waste.

Известна сушилка с активным гидродинамическим режимом [Патент РФ № 2159403, кл. F 26 В 17/10, 2000г., БИ № 32], содержащая цилиндроконическую камеру с тангенциально установленным патрубком ввода материала, отражатель, установленный с возможностью перемещения в осевом направлении, конфузор для ввода основного потока сушильного агента, по оси камеры в ее цилиндрической части установлена полая вставка, выполненная в виде гиперболоида, верхний срез которого жестко закреплен на цилиндрической поверхности камеры над тангенциально установленным патрубком ввода материала, а между ее нижним срезом и боковой поверхностью камеры предусмотрен кольцевой зазор, и каналы для вывода отработанного сушильного агента, в которой сушка термолабильных материалов осуществляется в закрученном потоке и взвешенном слое с образованием зон его сушки и досушки.Known dryer with active hydrodynamic mode [RF Patent No. 2159403, class. F 26 V 17/10, 2000, BI No. 32], comprising a cylindrical chamber with a tangentially mounted material inlet pipe, a reflector mounted for axial movement, a confuser for introducing the main flow of the drying agent, along the chamber axis in its cylindrical part a hollow insert is installed, made in the form of a hyperboloid, the upper slice of which is rigidly fixed on the cylindrical surface of the chamber above the tangentially mounted material inlet pipe, and between its lower slice and the side surface of the chamber edusmotren annular gap, and output channels for spent drying agent, wherein the drying heat-sensitive materials is carried out in a swirling flow and to form a fluidized bed drying zones and its final drying.

Недостатком конструкции сушилки является невозможность осуществления непрерывного смешивания компонентов смеси и ее последующей сушки.The disadvantage of the design of the dryer is the inability to continuously mix the components of the mixture and its subsequent drying.

Известна сушилка для осуществления способа получения пищевой биодобавки из вторичных сырьевых ресурсов пивоваренного производства [Патент РФ № 2204263, кл. А 23 К 1/06, А 23 L 1/30, F 26 В 17/10, опубл. 20.05.2003 г.], содержащая цилиндроконическую камеру с тангенциально установленным патрубком ввода материала, полую вставку в виде чередующихся элементов гиперболической и шарообразной формы, при этом перед последним гиперболическим элементом вставки в районе его сопряжения с шарообразной частью вставки размещен распылитель и каналы для вывода сушильного агента, отражатель, установленный с возможностью перемещения в осевом направлении, конфузор для ввода основного потока сушильного агента.A known dryer for implementing the method of producing food supplements from secondary raw materials of brewing [RF Patent No. 2204263, class. A 23 K 1/06, A 23 L 1/30, F 26 V 17/10, publ. 05/20/2003], containing a cylindrical chamber with a tangentially mounted material input pipe, a hollow insert in the form of alternating elements of a hyperbolic and spherical shape, with a sprayer and channels for drying drying placed in front of the last hyperbolic insert in the area of its interface with the spherical part of the insert agent, a reflector mounted axially movable, a confuser for introducing the main flow of the drying agent.

Недостатком конструкции сушилки является невозможность ее использования для регенерации адсорбента, например, кизельгура, из-за отсутствия в ней устройств для пиролиза органических компонентов из обрабатываемой смеси.A drawback of the design of the dryer is the impossibility of using it to regenerate an adsorbent, for example, kieselguhr, due to the lack of devices for pyrolysis of organic components from the treated mixture.

Известна установка для тепловой регенерации отработанного кизельгура [Руденко Е.Ю, Падерова К.М., Антропова Е.Д, Зипаев Д.В., Возможности использования отработанного кизельгура // Пищевая промышленность. - 2011. - № 1. - С. 62-64], включающая в себя последовательно установленные контейнер, смеситель, фильтр-пресс, накопительный силос, электрическую сушилку, циклон, высокотемпературную камеру и силос для хранения. A known installation for thermal regeneration of spent kieselguhr [Rudenko E.Yu., Paderova K.M., Antropova E.D., Zipaev D.V., Possibilities of using the spent kieselguhr // Food industry. - 2011. - No. 1. - P. 62-64], which includes a sequentially installed container, mixer, filter press, storage silo, electric dryer, cyclone, high-temperature chamber and storage silo.

Недостатками установки являются высокие энергетические и материальные затраты. The disadvantages of the installation are high energy and material costs.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является установка [Беме, К. Новый способ термической регенерации кизельгура [Текст] / К. Беме, Р. Майвальд, Ф. Фрайберг, Ф. Хебмюллер // Brauwelt. Мир пива. – 2001. – № 1. – С. 18-21], включающая накопительную емкость с мешалкой, фильтр-пресс, оборудование для гранулирования, печь с кипящим слоем, систему циклонов.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed one is the installation [Boehme, K. A new method of thermal regeneration of kieselguhr [Text] / K. Boehme, R. Mayvald, F. Freiberg, F. Hebmüller // Brauwelt. The world of beer. - 2001. - No. 1. - P. 18-21], which includes a storage tank with a mixer, a filter press, granulation equipment, a fluidized bed furnace, a system of cyclones.

Недостатками установки являются высокие энергетические и материальные затраты из-за отсутствия рециркуляционных контуров и невысокой интенсивности тепло- массообмена.The disadvantages of the installation are high energy and material costs due to the lack of recirculation circuits and the low intensity of heat and mass transfer.

Технической задачей изобретения является разработка установки, позволяющей расширить функциональные возможности за счет ее работы в режиме сушки или в режиме пиролиза, что позволяет использовать установку во многих отраслях пищевой промышленности, повысить надежность работы, снизить энергетические и материальные затраты за счет осуществления рециркуляции теплоносителя и эффективного использования продуктов тепло-массообменной обработки многокомпонентных продуктов, а также в результате интенсификации тепло- и массообмена.An object of the invention is to develop an installation that allows you to expand the functionality due to its operation in the drying mode or in the pyrolysis mode, which allows you to use the installation in many sectors of the food industry, to increase reliability, reduce energy and material costs due to the implementation of heat carrier recycling and efficient use heat and mass transfer products of multicomponent products, as well as the intensification of heat and mass transfer.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в установке для тепло- массообменной обработки многокомпонентных продуктов, включающей последовательно установленное оборудование для механического отделения влаги, для предварительной подсушки продукта, для теплового воздействия на него в активном гидродинамическом режиме, для сепарирования и улавливания фракций готового продукта, для подготовки теплоносителя, новым является то, что в качестве оборудования для механического отделения влаги используют декантер, в качестве оборудования для предварительной подсушки продукта применяют транспортирующий шнек с электрическими нагревательными элементами, а в качестве оборудования для теплового воздействия на продукт в активном гидродинамическом режиме используют массообменный аппарат, представляющий собой цилиндроконическую камеру с тангенциально установленным патрубком ввода газовзвеси продукта, снабженным инжектором, полую вставку с чередующимися узкими и расширяющимися частями, патрубок для вывода теплоносителя, отражатель, патрубок с конфузором для ввода потока смеси теплоносителя, полученного сжиганием газа, и регенерируемого отработанного теплоносителя, соединенным трубопроводом с патрубком для вывода теплоносителя, в котором установлено оборудование для сепарирования и улавливания фракций готового продукта в виде последовательно размещенных дымососа, циклона, электростатического фильтра, а в качестве оборудования для подготовки теплоносителя используют газовый теплогенератор с горелкой, компрессор с электронагревателем и мембранный генератор, при этом выходной канал мембранного генератора для обедненной кислородом воздушной смеси соединен с инжектором, а выходной канал мембранного генератора для обогащенного кислородом воздуха соединен с горелкой газового теплогенератора, которая в свою очередь имеет патрубок для подачи в нее природного газа, соединенного с параллельной ветвью трубопровода регенерируемого потока отработанного теплоносителя, снабженного конденсатором, при этом патрубок для ввода потока смеси теплоносителя, полученного сжиганием газа, и рециркулируемого отработанного теплоносителя соединен трубопроводом с греющей рубашкой инжектора.The technical task of the invention is achieved by the fact that in the installation for heat and mass transfer processing of multicomponent products, which includes sequentially installed equipment for mechanical separation of moisture, for preliminary drying of the product, for thermal exposure to it in active hydrodynamic mode, for separation and capture of fractions of the finished product, for preparation of the coolant, new is that as a equipment for mechanical separation of moisture use a decanter, as equipment For preliminary drying of the product, a conveying screw with electric heating elements is used, and a mass transfer apparatus is used as equipment for thermal exposure of the product in the active hydrodynamic mode, which is a cylindrical chamber with a tangentially mounted gas inlet port for the product, equipped with an injector, a hollow insert with alternating narrow and expanding parts, a branch pipe for a heat carrier outlet, a reflector, a branch pipe with a confuser for input the flow of the mixture of the coolant obtained by burning gas and the regenerated spent coolant connected by a pipe to the pipe for the outlet of the coolant, in which the equipment for separating and collecting fractions of the finished product is installed in the form of a series-placed smoke exhauster, cyclone, electrostatic filter, and as equipment for preparing the coolant use a gas heat generator with a burner, a compressor with an electric heater and a membrane generator, while the output channel of the membranes of the second generator for oxygen-depleted air mixture is connected to the injector, and the output channel of the membrane generator for oxygen-enriched air is connected to the burner of the gas heat generator, which in turn has a pipe for supplying natural gas to it, connected to a parallel branch of the pipeline of the regenerated flow of waste heat supplied with a condenser, wherein a pipe for introducing a flow of a mixture of a heat carrier obtained by burning gas and a recycled waste heat carrier with single piping with heating injector jacket.

Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей за счет ее работы в режиме сушки или в режиме пиролиза, что позволяет использовать установку во многих отраслях пищевой промышленности, в повышении надежности работы, в снижении энергетических и материальных затрат за счет осуществления рециркуляции теплоносителя и эффективного использования продуктов тепло- массообменной обработки многокомпонентных продуктов, а также в результате интенсификации тепло- и массообмена.The technical result of the invention is to expand the functionality due to its operation in the drying mode or in the pyrolysis mode, which allows the installation to be used in many sectors of the food industry, to increase the reliability of work, to reduce energy and material costs due to the implementation of heat carrier recycling and efficient use of products heat and mass transfer processing of multicomponent products, as well as as a result of intensification of heat and mass transfer.

На фиг. 1 изображена схема установки для тепло-массообменной обработки многокомпонентных продуктов, на фиг.2 - разрез по А-А, на фиг. 3 - выносной элемент I.In FIG. 1 shows a diagram of an apparatus for heat and mass transfer processing of multicomponent products, FIG. 2 is a section along AA, in FIG. 3 - remote element I.

Установка для тепло- массообменной обработки многокомпонентных продуктов (фиг.1) включает в себя декантер 1, имеющий привод 2, шнековый рабочий орган 3, патрубки 4, 5, 6 соответственно для подачи исходного продукта, удаления воды и частично обезвоженного продукта. При этом патрубок удаления частично обезвоженного продукта 6 соединен при помощи конусообразного питателя 7 с конвейером 8, имеющим нагревательные элементы 9 и транспортирующий шнек 10 с приводом 11. Выходная горловина конвейера 8 в свою очередь соединена конусообразным питателем 12 с входным патрубком 13 инжектора 14, который имеет патрубок для ввода теплоносителя 15, греющую рубашку 16 и выходное сопло 17, которое соединено с тангенциально установленным патрубком ввода газовзвеси продукта 18 (фиг. 2) в цилиндроконическую камеру 19 массообменного аппарата 20, выступающего в качестве оборудования для теплового воздействия на продукт в активном гидродинамическом режиме. Коническая часть камеры 19 в нижней части выполнена в виде конфузора 21, соединенного с патрубком для ввода потока смеси теплоносителя 22, полученного сжиганием газа, и отработанного регенерированного теплоносителя, а в верхней части камера 19 снабжена отражателем (отбойником) 23 и окнами 24 для выхода газовзвеси отработанного продукта в пространство, образованное цилиндрической частью камеры 19 и корпусом 25 массообменного аппарата 20.Installation for heat and mass transfer processing of multicomponent products (Fig. 1) includes a decanter 1 having a drive 2, a screw working element 3, nozzles 4, 5, 6, respectively, for supplying the initial product, removing water and partially dehydrated product. In this case, the pipe for removing partially dehydrated product 6 is connected using a cone-shaped feeder 7 with a conveyor 8 having heating elements 9 and a conveying screw 10 with a drive 11. The outlet neck of the conveyor 8 is in turn connected to a cone-shaped feeder 12 with an inlet pipe 13 of the injector 14, which has a nozzle for introducing a coolant 15, a heating jacket 16 and an outlet nozzle 17, which is connected to a tangentially installed nozzle for introducing a gas suspension of the product 18 (Fig. 2) into the cylinder-conical chamber 19 of the mass transfer a apparatus 20, acting as equipment for thermal exposure of the product in an active hydrodynamic mode. The conical part of the chamber 19 in the lower part is made in the form of a confuser 21 connected to a pipe for introducing the flow of the mixture of the coolant 22 obtained by burning gas and the spent regenerated coolant, and in the upper part the chamber 19 is equipped with a reflector (chipper) 23 and windows 24 for the exit of the gas suspension waste product into the space formed by the cylindrical part of the chamber 19 and the housing 25 of the mass transfer apparatus 20.

Внутри цилиндрической части камеры 19 установлена полая вставка 26 с чередующимися узкими и расширяющимися частями, имеющая на внешней поверхности канал 27 регулируемого сечения для отвода паровой фазы из зоны сушки. Крышка 28 снабжена патрубком для вывода теплоносителя с взвесью готового продукта 29.Inside the cylindrical part of the chamber 19, a hollow insert 26 with alternating narrow and expanding parts is installed, having on the outer surface a channel 27 of adjustable cross-section to divert the vapor phase from the drying zone. The cover 28 is equipped with a pipe for outputting the coolant with a suspension of the finished product 29.

В качестве оборудования для подготовки теплоносителя, подаваемого в патрубок 22, используют газовый теплогенератор 30 с горелкой 31 (фиг 3) и газодувкой 32, компрессор 33 с электронагревателем 34, а также и мембранный генератор 35, при этом патрубок 36 мембранного генератора 35 для выхода обедненной кислородом воздушной смеси соединен трубопроводом 37 с входным патрубком 13 инжектора 14, а патрубок 38 мембранного генератора 35 для выхода обогащенного кислородом воздуха соединен трубопроводом 39 с горелкой 31 (фиг. 3) газового теплогенератора 30, которая в свою очередь через газодувку 32 соединена с трубопроводом 40 для подачи в нее природного газа, соединенного ветвью трубопровода 41 рециркулируемого потока отработанного теплоносителя, снабженного конденсатором 42. При этом патрубок 22 для ввода потока смеси теплоносителя, полученного сжиганием газа, и регенерируемого отработанного теплоносителя соединен трубопроводом 42 с греющей рубашкой 16 инжектора 14. Патрубок 29 для вывода теплоносителя соединен с трубопроводом 41 через систему оборудования для сепарирования и улавливания фракций готового продукта, в виде последовательно размещенных дымососа 43, циклона 44 и электростатического фильтра 45. При этом трубопровод 41 на участке между электростатическим фильтром 45 и конденсатором 42 имеет ответвление в виде трубопровода, соединенного через газовый теплогенератор 30 с патрубком 22 ввода теплоносителя в массообменный аппарат 20.As equipment for the preparation of the coolant supplied to the pipe 22, a gas heat generator 30 with a burner 31 (FIG. 3) and a gas blower 32, a compressor 33 with an electric heater 34, and also a membrane generator 35 are used, while the pipe 36 of the membrane generator 35 for depleted output the oxygen of the air mixture is connected by a pipe 37 to the inlet pipe 13 of the injector 14, and the pipe 38 of the membrane generator 35 for output of oxygen-enriched air is connected by a pipe 39 to the burner 31 (Fig. 3) of the gas heat generator 30, which In turn, through a gas blower 32 it is connected to a pipe 40 for supplying natural gas to it, connected by a branch of a pipe 41 of a recirculated waste heat carrier flow equipped with a condenser 42. In this case, a pipe 22 for introducing a flow of a mixture of a heat carrier obtained by burning gas and a regenerated waste heat carrier is connected by a pipe 42 with a heating jacket 16 of the injector 14. A pipe 29 for outputting the coolant is connected to the pipe 41 through a system of equipment for separating and collecting fractions of the finished product product as a sequentially arranged exhauster 43, a cyclone 44 and the electrostatic filter 45. This conduit 41 in the area between the electrostatic filter 45 and the capacitor 42 has a branch pipe coupled to the heat generator 30 through gas pipe 22 to the coolant entering into the mass transfer device 20.

Установка для тепло- массообменной обработки многокомпонентных продуктов работает следующим образом.Installation for heat and mass transfer processing of multicomponent products works as follows.

В зависимости от требуемых задач установка может работать как в режиме сушки, например пивной дробины или послеспиртовой барды и т.п., так и в режиме пиролиза или выжигания, например при утилизации отходов пищевых предприятий, в частности кизельгурового шлама пивоваренного или масложирового производства.Depending on the required tasks, the installation can operate both in the drying mode, for example, beer pellet or post-alcohol distillery stillage, etc., and in the pyrolysis or burning mode, for example, when disposing of waste from food enterprises, in particular kieselguhr sludge from brewing or oil and fat production.

Многокомпонентный исходный продукт влажностью 80-90 %, например отработанный кизельгуровый шлам после фильтрации, подается через патрубок 4 в декантер 1, где он предварительно обезвоживается от слабосвязанной влаги до влажности 55-70 % механическим способом в поле центробежных сил, создаваемых вращением от привода 2 шнековым рабочим органом 3. Отделенная от продукта вода удаляется через патрубок 5, а частично обезвоженный продукт с влажностью 55-70 % подается при помощи конусообразного питателя 7 в конвейер 8, где благодаря нагреву элементов 9 выпаривается еще часть влаги до обеспечения сыпучей консистенции продукта. Одновременно шнеком 10, который приводится во вращение с помощью привода 11, продукт транспортируется к выходной горловине конвейера 8, из которой продукт конусообразным питателем 12 подается во входной патрубок 13 инжектора 14. При этом через патрубок 15 в инжектор вводится под напором теплоноситель, при движении которого образуется разрежение, обеспечивающее забор сыпучего продукта из питателя 12 и последующее его смешивание в выходном сопле 17 с теплоносителем с образованием газовзвеси. При этом за счет разрежения происходит испарение части влаги из сыпучего продукта. После этого полученная газовзвесь через тангенциально установленный патрубок 18 (фиг. 2) подается в цилиндроконическую камеру 19 массообменного аппарата 20, где она подсушивается в закрученном потоке до промежуточной влажности, например, 2-6 %. При нагреве частиц продукта до 100-150°С происходит выделение и испарение внешней и свободной влаги. Подсыхаемые частицы продукта опускаются по криволинейной траектории в нижнюю коническую часть 21 цилиндроконической камеры 19, где захватывается потоком теплоносителя, подаваемого через патрубок 22. Процесс сушки продолжается в активном гидродинамическом режиме. В центре потока осуществляется фонтанирование частиц продукта, которые опускаются по периферии, закрученные тангенциальным потоком, при этом ядро фонтана вращается вокруг вертикальной оси. Направление вращения ядра фонтана совпадает с направлением движения тангенциального потока. Высыхая, частицы продукта, например кизельгура, поднимаются вверх и захватываются потоком теплоносителя, скорость которого увеличивается вследствие уменьшения сечения, обусловленного конфигурацией полой вставки 26. По мере движения теплоносителя через полую вставку 26 его скорость падает до скорости витания частиц продукта, например кизельгура, из-за увеличения проходного сечения, обусловленного расширяющейся конфигурацией вставки 6, и образуется взвешенный слой, в котором идет досушка частиц продукта, например кизельгура, до конечной влажности 2-3 %. Далее частицы продукта поднимаются вверх и захватываются потоком теплоносителя, скорость которого увеличивается вследствие уменьшения сечения, обусловленного конфигурацией полой вставки 26. В самой верхней части полой вставки 26 происходит доведение продукта до требуемой кондиции. A multicomponent initial product with a humidity of 80-90%, for example, spent kieselguhr sludge after filtration, is fed through a pipe 4 to decanter 1, where it is preliminarily dehydrated from weakly bound moisture to a moisture content of 55-70% by mechanical means in the field of centrifugal forces created by rotation from the drive 2 by a screw by the working body 3. The water separated from the product is removed through the pipe 5, and the partially dehydrated product with a moisture content of 55-70% is supplied by means of a cone-shaped feeder 7 to the conveyor 8, where due to the heating of the elements 9 Riva more of the moisture to ensure the consistency of the granular product. At the same time, with the screw 10, which is driven by the drive 11, the product is transported to the outlet of the conveyor 8, from which the product is fed with a cone-shaped feeder 12 to the inlet 13 of the injector 14. At the same time, the coolant is introduced through the nozzle 15 into the injector, during the movement of which a vacuum is formed, which ensures the collection of the bulk product from the feeder 12 and its subsequent mixing in the output nozzle 17 with the coolant with the formation of a gas suspension. Moreover, due to rarefaction, part of the moisture evaporates from the bulk product. After that, the resulting gas suspension through a tangentially installed pipe 18 (Fig. 2) is fed into the cylinder-conical chamber 19 of the mass transfer apparatus 20, where it is dried in a swirling flow to an intermediate humidity, for example, 2-6%. When the product particles are heated to 100-150 ° C, the release and evaporation of external and free moisture occurs. Drying particles of the product are lowered along a curved path into the lower conical part 21 of the cylinder-conical chamber 19, where it is captured by the flow of coolant supplied through the pipe 22. The drying process continues in an active hydrodynamic mode. In the center of the stream, there is a gushing of particles of the product, which are lowered along the periphery, twisted by a tangential flow, while the core of the fountain rotates around a vertical axis. The direction of rotation of the fountain core coincides with the direction of movement of the tangential flow. When dried, particles of a product, such as kieselguhr, rise up and are captured by the flow of coolant, the speed of which increases due to a decrease in cross-section due to the configuration of the hollow insert 26. As the coolant moves through the hollow insert 26, its speed drops to the speed of the particles of the product, such as kieselguhr, due to an increase in the cross section due to the expanding configuration of the insert 6, a suspended layer is formed in which the particles of the product, for example kieselguhr, are dried to the final humidity 2-3%. Further, the product particles rise up and are captured by the flow of coolant, the speed of which increases due to a decrease in cross section due to the configuration of the hollow insert 26. At the very top of the hollow insert 26, the product is brought to the required condition.

При этом установка может работать в двух режимах: в режиме сушки, когда температура теплоносителя невысокая, например, до температуры 200°С в зависимости от термолабильных свойств продукта, и в режиме пиролиза, например, при температуре до 550°С для регенерации кизельгура, путем термического разложения содержащихся в нем органических компонентов с выделением углеводородных газов и паров. In this case, the installation can operate in two modes: in the drying mode, when the coolant temperature is low, for example, up to a temperature of 200 ° C, depending on the thermolabile properties of the product, and in the pyrolysis mode, for example, at a temperature of up to 550 ° C for regeneration of kieselguhr, thermal decomposition of the organic components contained in it with the release of hydrocarbon gases and vapors.

Отражатель 23 отклоняет частицы смеси в радиальном направлении, в результате чего происходит разделение продукта и отработанного теплоносителя, а более тяжелые частицы смеси с наличием в них влаги или органических включений (в режиме пиролиза) возвращаются во взвешенный слой. Причем готовые частицы, освобожденные от влаги и органических веществ, вместе с отработанным теплоносителем удаляются через окна 24, попадают в пространство, образованное цилиндрической частью камеры 19 и кожухом 25, в которой крупнодисперсная фракция при потере скорости оседает в этом пространстве, а отработанный теплоноситель удаляется из пространства, образованного цилиндрической частью камеры 19 и кожухом 25, в трубопровод 41 через патрубок 29 дымососом 43 через систему оборудования для сепарирования и улавливания фракций готового продукта. При этом в циклоне 44 улавливается среднедисперсная фракция продукта, а в электростатическом фильтре 45 его мелкодисперсная фракция. Так как при прохождении через аппарат теплоноситель имеет достаточно высокую температуру, поэтому часть его может быть обратно возвращена для целей термического воздействия на продукт через трубопровод 46 в поток теплоносителя, который создается путем сгорания природного газа в теплогенераторе 30, нагнетаемого в него газодувкой 32 по трубопроводу 40. Причем по трубопроводу 41 к природному газу также подмешивается рециркулируемый теплоноситель в виде горючего газа, полученного в результате газификации органической составляющей продукта в результате сухой его перегонки в полой вставке 26, при работе массообменного аппарата 20 в режиме пиролиза (при температуре 300-550°С в условиях ограниченного доступа кислорода). Предварительно из горючего газа с помощью охлаждающей среды (воды или атмосферного воздуха) удаляется влага.The reflector 23 deflects the particles of the mixture in the radial direction, as a result of which the product and the waste coolant are separated, and heavier particles of the mixture with the presence of moisture or organic impurities in them (in the pyrolysis mode) are returned to the suspended layer. Moreover, the finished particles, freed from moisture and organic substances, together with the spent coolant are removed through the windows 24, fall into the space formed by the cylindrical part of the chamber 19 and the casing 25, in which the coarse fraction settles in this space at a loss of speed, and the spent coolant is removed from the space formed by the cylindrical part of the chamber 19 and the casing 25, into the pipeline 41 through the pipe 29 of the exhaust fan 43 through a system of equipment for separation and collection of fractions of the finished product that one. At the same time, in the cyclone 44, the medium-dispersed fraction of the product is captured, and in the electrostatic filter 45, its finely divided fraction. Since when passing through the apparatus, the coolant has a sufficiently high temperature, so part of it can be returned back for the purpose of thermal exposure of the product through line 46 to the coolant stream, which is created by burning natural gas in the heat generator 30, injected into it by gas blower 32 through line 40 Moreover, through the pipe 41 to the natural gas is also mixed recirculated coolant in the form of combustible gas obtained by gasification of the organic component of the product in the result of dry distillation in a hollow insert 26, when the mass transfer apparatus 20 is in the pyrolysis mode (at a temperature of 300-550 ° C under conditions of limited oxygen access). Preliminarily, moisture is removed from the combustible gas using a cooling medium (water or atmospheric air).

Теплоноситель, подаваемый под давлением в патрубок 15 инжектора 14 и служащий для сушки продукта в закрученном потоке в цилиндроконической камере 19 массообменного аппарата 20, создается путем разделения в мембранном генераторе 35 подогретого, например, до 100-136°С в электронагревателе 34 воздуха и нагнетаемого в него компрессором 33 с обеспечением в напорном канале перед полупроницаемой мембраной (например, металлокерамической) до рабочего давления 0,5-4 МПа, под действием которого воздух разделяется на воздушную смесь, обедненную кислородом, и на смесь, обогащенную кислородом. The heat carrier supplied under pressure to the nozzle 15 of the injector 14 and used to dry the product in a swirling flow in the cylinder-conical chamber 19 of the mass transfer apparatus 20 is created by separating heated air in the membrane generator 35, for example, to 100-136 ° C in the electric heater 34 and compressor 33 with the provision in the pressure channel in front of a semipermeable membrane (for example, cermet) to a working pressure of 0.5-4 MPa, under the action of which the air is separated into an oxygen-depleted air mixture, and to a mixture enriched with oxygen.

Повышенное содержание азота в воздушной смеси, обедненной кислородом воздуха, позволяет интенсифицировать процесс обезвоживания влаги из продукта за счет образования ассоциированных групп молекул влаги и азота, где молекулы газа выполняют роль переносчика молекул пара с поверхности испарения в свободное от продукта пространство, а также «бомбардируют» продукт, ослабляя силы взаимодействия между молекулами в местах попадания. Давление в местах столкновений оказывается выше давления окружающей среды, и чем выше скорость испарения, тем выше разница давлений на границе раздела фаз и в среде, при этом увеличивается общее давление среды, следовательно, возрастает значение конвективного тепло- и массопереноса. Кроме этого, данное давление обеспечивает необходимый расход теплоносителя в эжекторе.The increased nitrogen content in the air mixture, depleted in atmospheric oxygen, makes it possible to intensify the process of dehydration of moisture from the product due to the formation of associated groups of moisture and nitrogen molecules, where gas molecules act as a carrier of vapor molecules from the evaporation surface into the space free from the product and also “bombard” product, weakening the forces of interaction between molecules at the points of contact. The pressure in the places of collisions is higher than the ambient pressure, and the higher the evaporation rate, the higher the pressure difference at the interface and in the medium, while the total pressure of the medium increases, therefore, the value of convective heat and mass transfer increases. In addition, this pressure provides the necessary flow rate of the coolant in the ejector.

Повышенная температура воздуха, например, 100-160°С, подаваемого на полупроницаемую мембрану, обеспечивает высокие показатели эффективности разделения воздуха. Elevated air temperature, for example, 100-160 ° C supplied to the semipermeable membrane, provides high rates of air separation efficiency.

В инжекторе 14 газовзвесь дополнительно подогревается за счет подачи в его греющую рубашку 16 по трубопроводу 42 отбираемого из патрубка 22 теплоносителя.In the injector 14, the gas suspension is additionally heated by supplying coolant taken from the pipe 22 to the heating jacket 16 through a pipe 42.

Обогащенный кислородом воздух после мембранного генератора через патрубок 38 и трубопровод 39 подается в горелку 31 газового теплогенератора 30, где повышенное содержание кислорода смеси катализирует процесс горения и обеспечивает боле высокую эффективность сжигания газа и как следствие более высокую температуру горения.The oxygen-enriched air after the membrane generator through the pipe 38 and pipe 39 is fed into the burner 31 of the gas heat generator 30, where the increased oxygen content of the mixture catalyzes the combustion process and provides a higher gas burning efficiency and, as a result, a higher combustion temperature.

Установка для тепло- массообменной обработки многокомпонентных продуктов имеет следующие преимущества:Installation for heat and mass transfer processing of multicomponent products has the following advantages:

- использование декантера в качестве оборудования для механического отделения влаги позволяет снизить энергозатраты на последующий процесс термической обработки многокомпонентных продуктов за счет меньшего количества влаги, удаляемой в результате фазового превращения; - the use of a decanter as equipment for the mechanical separation of moisture reduces energy costs for the subsequent process of heat treatment of multicomponent products due to the lower amount of moisture removed as a result of phase transformation;

- применение в качестве оборудования для предварительной подсушки продукта транспортирующего шнека с электрическими нагревательными элементами позволяет снизить влажность продукта до достижения его сыпучего свойства, что обеспечивает возможность ввода продукта в массообменный аппарат; - the use of a conveyor screw with electric heating elements as equipment for preliminary drying of the product allows to reduce the moisture content of the product until its bulk properties are achieved, which makes it possible to introduce the product into the mass transfer apparatus;

- использование в качестве оборудования для теплового воздействия на продукт в активном гидродинамическом режиме массообменного аппарата, содержащего цилиндроконическую камеру с тангенциально установленным патрубком ввода газовзвеси продукта, снабженным инжектором, полую вставку с чередующимися узкими и расширяющимися частями, патрубок для вывода теплоносителя, отражатель, патрубок с конфузором для ввода потока смеси теплоносителя, полученного сжиганием газа, и регенерируемого отработанного теплоносителя, позволяет эффективно удалять влагу при одновременном сепарировании сыпучих частиц продукта и обеспечивать работу установки как в режиме сушки, так и в режиме пиролиза;- use as a equipment for thermal influence on the product in the active hydrodynamic regime of a mass transfer apparatus containing a cylindrical chamber with a tangentially mounted nozzle for introducing a gas suspension of a product equipped with an injector, a hollow insert with alternating narrow and expanding parts, a nozzle for discharging the coolant, a reflector, a nozzle with a confuser to enter the flow of the mixture of the coolant obtained by burning gas, and the regenerated waste coolant, allows efficient add moisture while separating loose particles of the product and ensure the operation of the installation both in drying mode and in pyrolysis mode;

- установка на выходе из массообменного аппарата последовательно соединенных дымососа, циклона, электростатического фильтра позволяет обеспечить эффективное и надежное сепарирование и улавливания фракций готового продукта;- installation at the outlet of the mass transfer apparatus of a series-connected smoke exhaust, cyclone, electrostatic filter allows for efficient and reliable separation and collection of fractions of the finished product;

- использование для подготовки теплоносителя, подаваемого через конфузор в массообменный аппарат, газового теплогенератора с горелкой, а для подготовки теплоносителя, подаваемого через инжектор в массообменный аппарат, компрессора с электронагревателем и мембранного генератора позволяет обеспечить эффективное термическое воздействие на продукт и интенсифицировать процессы тепло- массообмена;- the use of a gas heat generator with a burner for preparing the heat carrier supplied through the confuser to the mass transfer apparatus, and for the preparation of the heat carrier supplied through the injector to the mass transfer apparatus, a compressor with an electric heater and a membrane generator makes it possible to provide an effective thermal effect on the product and intensify heat and mass transfer processes;

- соединение выходного канала мембранного генератора для обедненной кислородом воздушной смеси с инжектором позволяет интенсифицировать процесс влагоудаления в режиме сушки, а также эффективное и надежное осуществление тепло- массообменных процессов в режиме пиролиза;- the connection of the output channel of the membrane generator for the oxygen-depleted air mixture with the injector allows you to intensify the process of moisture removal in the drying mode, as well as effective and reliable implementation of heat and mass transfer processes in the pyrolysis mode;

- соединение выходного канала мембранного генератора для обогащенного кислородом воздуха с горелкой газового теплогенератора позволяет обеспечить эффективность и интенсификацию процесса горения;- the connection of the output channel of the membrane generator for oxygen-enriched air with the burner of a gas heat generator allows for the efficiency and intensification of the combustion process;

- соединение патрубка для подачи в теплогенератор природного газа с трубопроводом рециркулируемого потока отработанного теплоносителя, снабженного конденсатором, позволяет обеспечить низкие энергозатраты за счет использования получаемого в режиме пиролиза горючего газа для создания теплоносителя.- the connection of the pipe for supplying natural gas to the heat generator with the pipe of the recirculated flow of waste heat carrier equipped with a condenser allows for low energy consumption due to the use of combustible gas obtained in the pyrolysis mode to create a heat carrier.

Claims

Installation for heat and mass transfer processing of multicomponent products, which includes sequentially installed equipment for the mechanical separation of moisture, for preliminary drying of the product, for thermal exposure to it in an active hydrodynamic mode, for separation and collection of fractions of the finished product, for the preparation of the coolant, characterized in that a decanter is used as equipment for mechanical separation of moisture, and equipment for preliminary drying of the product is used they call a conveying screw with electric heating elements, and as a equipment for thermal exposure of the product in an active hydrodynamic mode, a mass transfer apparatus is used, which is a cylindrical chamber with a tangentially mounted nozzle for introducing a gas suspension of the product, equipped with an injector, a hollow insert with alternating narrow and expanding parts, a nozzle for the output of the coolant, a reflector, a pipe with a confuser for entering the flow of the mixture of coolant obtained gas, and regenerated waste heat carrier, connected by a pipe to the pipe for the heat carrier outlet, in which equipment for separating and collecting fractions of the finished product in the form of a successively placed smoke exhauster, cyclone, electrostatic filter is installed, and a gas heat generator with a burner is used as equipment for preparing the heat carrier , a compressor with electric heater and a membrane generator, while the output channel of the membrane generator for oxygen-depleted air of the mixture is connected to the injector, and the outlet channel of the membrane generator for oxygen-enriched air is connected to the burner of the gas heat generator, which in turn has a pipe for supplying natural gas to it, connected to a parallel branch of the pipeline of the regenerated flow of waste heat carrier equipped with a condenser, while the pipe for introducing a flow of a mixture of a heat carrier obtained by burning gas and a recirculated waste heat carrier is connected by a pipeline to the heating jacket pa