аппарат для загрузки сыпучего материала

Формула изобретения

1. Аппарат для загрузки сыпучего материала, включающий соединенные между собой последовательно приемный бункер и распределитель сыпучего материала, который содержит полый, открытый в нижней части корпус, отражающую пластину, размещенную с зазором ниже полого корпуса, выполненную с большим поперечным сечением, чем поперечное сечение полого корпуса, патрубок, сообщающийся с источником газа и размещенный в полом корпусе соосно с ним таким образом, чтобы обеспечивался проток газа в зазоре между нижней частью полого корпуса и отражающей пластиной, изменяющий направление движения по крайней мере части поступающего из приемного бункера в распределитель сыпучего материала на множество направлений поверх отражающей пластины, отличающийся тем, что в полом корпусе распределителя сыпучего материала над патрубком установлена воронкообразная диафрагма с центральным отверстием, формирующая движение поступающего из приемного бункера сыпучего материала в центральную часть полого корпуса, патрубок снабжен поршнем, установленным с возможностью совершения им внутри патрубка возвратно-поступательного движения, причем в боковых стенках поршня выполнены отверстия, а в нижней части внутренней поверхности патрубка имеется расширение для прохождения газа из пространства над поршнем в пространство под поршнем при нижнем положении поршня.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что воронкообразная диафрагма выполнена из набора пластин, закрепленных верхней частью по периметру полого корпуса распределителя, а нижней частью соединенных между собой эластичным кольцом таким образом, что они образуют отверстие диафрагмы, с возможностью регулирования его размера.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что патрубок выполнен в форме полого цилиндра с глухой крышкой, открытым нижним концом и отверстиями в боковых стенках для сообщения с источником газа.

4. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что поршень, установленный внутри патрубка, закреплен на его глухой крышке посредством пружины и штока, причем степень натяжения пружины регулируется посредством изменения длины штока.

5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что отражающая пластина расположена горизонтально и имеет отверстия для прохода части сыпучего материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аппаратам, предназначенным для загрузки сыпучих материалов в различные емкости в случаях, когда имеются особые требования к получаемому в результате загрузки насыпному слою по равномерности, плотности или другим качествам, и может использоваться, например, при формировании неподвижных слоев твердого катализатора в химических реакторах, широко применяемых в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известны устройства для загрузки сыпучего материала в емкости, конструкция которых основана на простом явлении гравитации. Так, например, распределение твердых частиц сыпучего материала по сечению загружаемой емкости осуществляется посредством системы наклонных лотков (патент США N 4611965, кл. B 65 G 65/32), или посредством комплекта труб (P E J Abbott, Achieving Best Performance From a Quench Lozenge Converter, Paper N 10, IMTOF"93, London), соединенных с приемным бункером сыпучего материала и распределенных по сечению емкости, по которым продвигается сыпучий материал под действием силы тяжести. При использовании этих устройств в загружаемой емкости образуются холмы сыпучего материала под каждым лотком или трубой. Структура слоя сыпучего материала и его плотность при этом получаются неоднородными.

Известны устройства для загрузки сыпучего материала, в которых во избежание формирования холмов твердых частиц при загрузке и более равномерного распределения плотности по сечению емкости предусмотрено сообщение частицам центробежного движения от специальным образом выполненных вращающихся деталей. Такие устройства имеют сходные по назначению узлы - приемный бункер для загрузки сыпучего материала, соединенный трубопроводом с распределителем частиц, включающим вращающуюся деталь, соединенную с источником вращательного движения с различиями в части, касающейся конструктивного решения вращающейся детали. Например, известны устройства, вращающаяся деталь в которых выполнена в форме конуса с оребрением и отверстиями для прохождения части сыпучего материала (патенты США NN 3804273, кл. B 65 G 65/30 и 3880300, кл. B 65 G 65/32).

Известны также устройства, в которых вращающаяся деталь выполнена в форме горизонтально расположенного патрубка, закрытого с торцов и имеющего отверстия на боковой поверхности для прохождения и распределения сыпучего материала (патент США N 3995753, кл. B 65 G 65/32), либо в форме плоской, горизонтально расположенной пластины с вертикальными перегородками, размещенными по радиальным направлениям от оси вращения этой пластины (патент Франции N 2582955, кл. B 01 D 3/30, патент Великобритании N 2168330, кл. B 01 D 3/30), либо названная деталь выполнена из набора пластин, подвижно закрепленных одним концом с вращающимся валом (патент Франции N 2431449, кл. B 65 G 69/04). Упомянутые устройства с вращающимися деталями распределителя, расположенными в зоне продвижения сыпучего материала, имеют невысокую надежность, поскольку образующаяся в процессе загрузки пыль обладает абразивными свойствами и способствует износу этих деталей, существенно снижая их ресурс. Качество загрузки этими устройствами определяется стабильностью частоты вращения деталей распределителя, поэтому абразивная пыль отрицательно влияет и на этот параметр. Кроме того, столкновения частиц сыпучего материала с вращающимися деталями устройства часто приводят к частичному разрушению этих частиц и увеличению пылеобразования.

Наиболее близким по количеству сходных признаков к предлагаемому изобретению является аппарат для загрузки сыпучего материала (патент США N 3949908, кл. B 67 D 5/24), включающий приемный бункер, в который подается сыпучий материал, и распределитель сыпучего материала, соединенные между собой трубопроводом. Распределитель сыпучего материала состоит из полого, открытого в нижней части корпуса, отражающей пластины, размещенной ниже и с зазором относительно полого корпуса и выполненной с большим поперечным сечением относительно поперечного сечения полого корпуса, а также патрубка, размещенного в полом корпусе и соединенного с источником газа. Нижний конец патрубка располагается в зазоре между нижним концом полого корпуса и отражающей пластиной с тем, чтобы обеспечивался проток газа в указанном зазоре, вызывающий движение по крайней мере части сыпучего материала из твердых частиц во множестве направлений поверх отражающей пластины.

На качество работы этого распределителя, как и других, основанных на использовании энергии сжатого газа для распределения частиц твердого материала по сечению загружаемой емкости, оказывают влияние два фактора.

Во-первых, это равномерность распределения сыпучего материала по окружности вокруг патрубка распределителя. Для выполнения этого условия необходимо обеспечить равномерное поступление сыпучего материала по кольцевому выходу из корпуса распределителя на отражающую пластину, что не предусмотрено в распределителе описанной конструкции.

Во-вторых, это равномерность распределения сыпучего материала по радиусу загружаемой емкости. Для выполнения этого условия необходимо постоянное управление параметрами газа, протекающего через распределитель. Поэтому в аппарате описанной конструкции предусмотрено сложное и громоздкое специальное оборудование, состоящее из системы управляемых автоматически газовых редукторов и вентилей, которые располагаются снаружи загружаемой емкости. Наличие такого оборудования на рабочей площадке, с которой производится загрузка многотоннажной емкости, например формирование слоя катализатора в химическом реакторе, снижает надежность работы указанных устройств. Кроме того, в случае загрузки сравнительно высоких емкостей, где высота слоев может превышать 5 - 6 м, как, например, в конверторах синтеза метанола, трубопроводы, подающие газообразную среду в распределитель, имеют большую длину и обладают сравнительно высокими гидравлическими потерями. Это вызывает затухание управляющего сигнала при его прохождении от управляющего устройства к распределителю частиц и снижает равномерность радиального распределения частиц сыпучего материала по сечению загружаемой емкости и однородность получаемого в результате насыпного слоя. При нарушении однородности, например, слоя катализатора в химическом реакторе возникают локальные перегревы катализатора при его работе, что снижает надежность работы химического реактора и вызывает необходимость более частой замены слоя катализатора, чем при однородной структуре насыпного слоя.

Изобретение решает задачу равномерного распределения твердых частиц сыпучего материала по поперечному сечению загружаемой емкости и в целом формирования насыпного слоя (например, слоя катализатора) однородной структуры.

Поставленная задача решается тем, что аппарат для загрузки сыпучего материала включает соединенные между собой последовательно приемный бункер и распределитель сыпучего материала, который содержит полый, открытый в нижней части корпус, отражающую пластину, размещенную с зазором ниже полого корпуса, выполненную с большим поперечным сечением, чем поперечное сечение полого корпуса, патрубок, сообщающийся с источником газа и размещенный в полом корпусе распределителя соосно с ним и таким образом, чтобы обеспечить проток газа в зазоре между нижней частью полого корпуса и горизонтальной отражающей пластиной, изменяющий направление движения по крайней мере части поступающего из приемного бункера в распределитель сыпучего материала на множество направлений поверх отражающей пластины. В полом корпусе распределителя сыпучего материала над патрубком установлена воронкообразная диафрагма с центральным отверстием, формирующая движение поступающего из приемного бункера сыпучего материала в центральную часть полого корпуса, патрубок снабжен поршнем, установленным с возможностью совершения им внутри патрубка возвратно-поступательного движения, в боковых стенках которого выполнены отверстия, а в нижней части патрубка на внутренней его поверхности имеется расширение для прохождения газа из пространства над поршнем в пространство под поршнем при нижнем положении поршня. Предпочтительно выполнение патрубка в форме полого цилиндра с глухой крышкой, открытым нижним концом и отверстиями в боковых стенках для сообщения с источником газа на уровне выше крайнего верхнего положения поршня, а поршень, установленный внутри патрубка, закреплен на его глухой крышке посредством пружины. Воронкообразная диафрагма может быть выполнена из набора пластин, закрепленных верхней частью по периметру полого корпуса, а в нижней части соединенных между собой эластичным кольцом и образующих отверстие с возможностью регулирования его величины. Указанный полый корпус для снижения запыленности может быть оборудован также специальной камерой с проницаемыми для газа и частиц пыли стенками, которая соединена с каким-либо средством для удаления пыли, например вакуумным насосом. Для увеличения равномерности распределения твердых частиц сыпучего материала по сечению загружаемой емкости целесообразно выполнить в отражающей пластине отверстия для прохождения через них (просыпания) части сыпучего материала. Для загрузки сравнительно непрочных частиц отражающая пластина выполняется в форме полого диска, верхняя стенка которого является газопроницаемой, а ее полость соединена с источником газа таким образом, что газ из источника газа поступает в полость с постоянным расходом. Возможно регулирование степени натяжения пружины, расположенной внутри патрубка, длиной штока, посредством которого пружина соединена с глухой крышкой патрубка. Кроме того, для снижения шума во время работы аппарата внутри патрубка на отражающей пластине целесообразно установить упругий амортизатор из эластичной резины.

На фиг. 1 показан общий вид аппарата для загрузки сыпучего материала, размещенного в загружаемой емкости. На фиг. 2 показан в разрезе распределитель сыпучего материала. На фиг. 3 показан вид снизу на воронкообразную диафрагму. Вариант выполнения отражающей пластины показан на фиг. 4.

При загрузке сыпучего материала в емкость аппарат устанавливается таким образом, чтобы распределитель сыпучего материала 1 размещался внутри загружаемой емкости 2, как это показано на фиг. 1, и был соединен посредством трубопровода с приемным бункером 3, размещенным снаружи емкости 2. Распределитель сыпучего материала соединяется также с источником сжатого газа через узел управления 4, с помощью которого регулируются давление и расход сжатого газа. Кроме того, к указанному распределителю может быть подключен дополнительный трубопровод для вентиляции и уноса пыли, который присоединяется снаружи емкости 2 к вакуумной системе. Распределитель сыпучего материала включает полый, открытый в нижней части корпус 5, как показано на фиг. 2. В верхней части корпуса 5 размещена воронкообразная диафрагма 6 с центральным отверстием. Вид снизу на диафрагму 6 показан на фиг. 3. Диафрагма 6 может быть выполнена из набора пластин 7, закрепленных верхней частью по периметру полого корпуса 5 и соединенных между собой эластичным кольцом 8. Пластины 7 образуют в нижней части диафрагмы 6 отверстие 9, размер которого регулируется величиной потока сыпучего материала, проходящего через диафрагму, и эластичным кольцом 8. Ниже корпуса 5 с зазором к нему размещается отражающая пластина 10, на которой выполнены отверстия 11 для прохождения части сыпучего материала в пространство под распределитель 1. В корпусе 5 соосно с ним размещен патрубок 12, сообщающийся трубопроводом 13 с источником сжатого газа. Патрубок 12 может быть выполнен в форме полого цилиндра с глухой крышкой, открытым нижним концом и отверстиями в боковых стенках для сообщения с источником газа. В нижней части патрубка 12 имеются расширения 14 для прохождения газа. Патрубок 12 и отражающая пластина 10 размещены с зазором между ними, образуя каналы 15 для прохода сжатого газа из патрубка в пространство между полым корпусом 5 и отражающей пластиной 10. Внутри патрубка 12 размещен поршень 16 с возможностью совершать возвратно-поступательное движение. Поршень 16 прикреплен к глухой крышке патрубка 12 посредством пружины 17 и штока 18. Боковые стенки поршня 16 имеют отверстия 19 для прохождения сжатого газа. В нижней части патрубка 12 на отражающей пластине 10 установлен также упругий амортизатор 20. Корпус 5 снабжен камерой 21 с проницаемыми для газа стенками 22, которая соединена трубопроводом 23 со средством для удаления пыли предпочтительно вакуумным насосом, размещенным снаружи загружаемой емкости.

Один из вариантов выполнения отражающей пластины 10 показан на фиг. 4. Отражающая пластина 10 выполнена в форме полого диска, верхняя стенка 24 которого выполнена из газопроницаемого материала, а ее полость 25 соединена с источником газа таким образом, что газ из источника газа поступает в полость с постоянным расходом и давлением.

Аппарат для загрузки сыпучего материала описанной конструкции работает следующим образом.

Сыпучий материал подается изначально в приемный бункер 3 и под действием сил гравитации поступает по трубопроводу в распределитель 1. В распределителе частицы сыпучего материала продвигаются внутри полого корпуса 5, и при прохождении их через воронкообразную диафрагму 6 формируется поток сыпучего материала по вертикальной оси распределителя вне зависимости от величины расхода сыпучего материала и степени заполнения частицами поперечного сечения соединительного трубопровода. Аксиальная центровка потока достигается путем регулирования размера проходного отверстия 9 диафрагмы 6 в зависимости от веса движущегося сыпучего материала с одной стороны и силой сжатия эластичного кольца 8 с другой стороны. Это позволяет обеспечить равномерное распределение сыпучего материала в поперечных сечениях корпуса 5 распределителя и по окружности патрубка 12. Далее частицы сыпучего материала попадают на отражающую пластину 10. Основная часть сыпучего материала под воздействием контакта с отражающей пластиной и потока сжатого газа, выходящего из зазора между полым корпусом и отражающей пластиной, изменяет вертикальное направление движения на радиальное по поверхности отражающей пластины. Поток сжатого газа сообщает частицам импульс, который обеспечивает движение частиц в радиальных направлениях и распределение по поперечному сечению загружаемой емкости. Оставшаяся часть сыпучего материала поступает через отверстия 11 в отражающей пластине 10 в пространство под распределителем 1.

Одновременно, в распределитель 1 через трубопровод 13 подается сжатый газ. Давление и расход газа регулируются узлом управления 4, размещенным снаружи емкости 2. Величины параметров сжатого газа поддерживаются постоянными при загрузке отдельных емкостей. Далее сжатый газ поступает в патрубок 12, где воздействует на поршень 16, заставляя его смещаться из крайнего верхнего положения вниз. При этом пружина 17 начинает растягиваться. В крайнем нижнем положении поршня 16, ограниченном амортизатором 20, отверстия 19 в боковых стенках поршня 16 достигают расширения 14 на внутренней стороне боковых стенок патрубка 12. Сжатый газ через отверстия 19 и расширение 14 поступает в нижнюю часть патрубка 12 и через каналы 15 выходит в виде ориентированных струй в пространство между корпусом 5 и отражающей пластиной 10. Указанные направленные струи газа взаимодействуют с частицами сыпучего материала и передают им импульс, заставляя изменять направление движения и далее распределяться по сечению загружаемой емкости.

Достижение поршнем 16 крайнего нижнего положения и выход сжатого газа из патрубка 12 приводят к уменьшению давления внутри патрубка 12 над поршнем 16. Под воздействием пружины 17 поршень 16 возвращается в крайнее верхнее положение. При этом отверстия 19 поршня смещаются относительно расширения 14, и проход сжатого газа через патрубок 12 прекращается. Далее давление над поршнем 16 опять начинает возрастать, заставляя его смещаться вниз и растягивать пружину 17. Цикл возвратно-поступательного движения поршня 16 повторяется, как было описано выше.

Это позволяет сформировать периодически изменяющийся по интенсивности поток сжатого газа на выходе из каналов 15, что дает возможность распределять частицы сыпучего материала на различное расстояние от распределителя 1 и обеспечивать равномерное радиальное распределение частиц по сечению загружаемой емкости.

Для вентиляции и удаления пыли из загружаемой емкости в распределителе 1 предусмотрена камера 21, соединяющаяся с корпусом 5. Стенки 22 камеры 21 имеют перфорацию для прохождения газа и частиц пыли. Камера 21 соединена трубопроводом 23 с вакуумным насосом и фильтром, размещенными снаружи загружаемой емкости 2.

При загрузке достаточно непрочных частиц сыпучего материала, чтобы избежать их разрушения от механического контакта с отражающей пластиной 10, последняя выполняется в форме полого диска 25 с проницаемой для газа верхней стенкой 24. Подводимый с постоянными параметрами в полость 25 сжатый газ проходит вертикально вверх через стенку 24 равномерно по всей поверхности пластины 10. Это смягчает контакт частиц сыпучего материала с пластиной 10 и позволяет избежать возможного частичного разрушения частиц сыпучего материала в процессе его загрузки.

Применение предлагаемого аппарата для загрузки сыпучего материала позволяет равномерно распределять твердые частицы сыпучего материала по поперечному сечению загружаемой емкости. Это дает возможность формировать насыпной слой (например, слой катализатора) однородной структуры.