устройство для дегидратации фторида алюминия

Формула изобретения

Устройство для дегидратации фторида алюминия, содержащее вращающийся барабан, выполненный с обечайкой внутри и имеющий загрузочную и разгрузочную камеры, отличающееся тем, что оно снабжено рядами зигзагообразных элементов, выполненных в виде пластин, установленных перпендикулярно к поверхности барабана и образующих каналы для перемещения высушиваемого материала, подключенные конечности участками к загрузочной и разгрузочной камерам, при этом зигзагообразные элементы в рядах выполнены с зазорами с образованием отдельных участков длиной, равной 0,05 - 0,2 длины обечайки, зазоры в соседних рядах загзагообразных элементов смещены относительно друг друга на длину, равную половине длины участка между зазорами, при длине зазора, равной 0,025 - 0,075 длины этого участка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к конструкциям тепломассообменных аппаратов, в частности вращающихся печей, и может быть использовано в химической и пищевой промышленности для сушки дисперсных материалов, в том числе фторида алюминия.

Процесс сушки фторида алюминия - одного из материалов, используемых для корректировки криолитоглиноземных расплавов в производстве электролитического алюминия, является длительным, так как влага из осадка AlF₃3H₂O удаляется ступенчато. Особенно трудно, ввиду капиллярной структуры фторида алюминия, протекает дегидратация на последнем этапе, когда удаляются последние 0,5 моль H₂O. В этот период, когда температура материала достигает 500-600^oC, имеется опасность как недосушивания (сохранения повышенного содержания влаги), так и пирогидролиза пересушенного продукта, который становится заметным при указанных температурах.

Особенности термической дегидратации фторида алюминия обуславливают необходимость использования трубчатой печи большой длины. Для снижения пирогидролиза на последней стадии термической дегидратации используют устройства внутри печи, позволяющие одновременно исключить контакт обезвоживаемого материала с топочными газами и по-возможности интенсифицировать тепломассообмен, т.е. активнее отводить от частиц материала образующуюся при обезвоживании парогазовую смесь.

Известна конструкция тепломассообменного аппарата, который содержит вращающийся барабан с трубчатыми зигзагообразными элементами, размещенными внутри в хордовых плоскостях барабана, которые служат для перемещения высушиваемого материала (авт. св. СССР 1081406, кл. F 28 D 11/02, 1982).

Недостатком известной конструкции является низкая производительность аппарата вследствие ограниченной поверхности нагрева и объема трубок, в которых перемещается материал.

Известно устройство тепломассообменного аппарата, который содержит вращающийся барабан с обечайкой внутри и ряды зигзагообразный элементов, выполненных в виде пластин, установленных перпендикулярно к поверхности барабана, образующие каналы для перемещения высушиваемого материала, подключенные конечным участками к загрузочной и разгрузочной камерам (Авт.св. СССР 1515864, кл. F 26 B 11/04, 1987).

Недостатками известного устройства вращающейся печи являются невысокая интенсивность сушки (прокалки) в применении к фториду алюминия, что является следствием особенностей данного материала, а также ограничение условий для перемешивания, турбулентности и поверхности контакта потока материала с осушающим агентом в зоне нахождения зигов, поскольку он движется в каналах с параллельно распложенными пластинами. При этом слой материала, прилегающий к пластине, скользит по ним в основном ламинарно, в результате чего наблюдается перегрев и, как следствие, частичный пирогидролиза AlF₃.

Другой слой материала, движущийся между пластинами вдали от них не успевает полностью обезводится. Наличные щелевых отверстий между поверхностью барабана, обечайки и пластинами зигов незначительно увеличивает степень перемешивания в массе материала, при этом имеется возможность забивания щелей. В результате получается продукт неоднородный по качеству.

Наиболее близкой к изобретению является конструкция вращающейся печи для дегидратации фторида алюминия, содержащая участок конвективной сушки с непосредственным контактом влажного фторида алюминия с топочными газами, а также кондуктивный теплообменник, причем топочные газы подают внутрь теплообменника, материал движется в зазоре между обечайкой и наружной стенкой теплообменника (патент России 2048664, кл. F 27 B 7/04, 1995).

Недостатком известной конструкции является длительность процесса, что приводит к снижению производительности печи.

Техническим результатом изобретения является интенсификация процесса дегидратации и повышение производительности печи за счет улучшения тепло-массообмена, удлинения времени пребывания обезвоживаемого фторида алюминия в кондуктивной части печи.

Это достигается тем, что в устройстве вращающейся печи, содержащей барабан с обечайкой внутри его на разгрузочном конце, ряды зигзагообразных элементов (зигов) на поверхности обечайки, выполненные в виде пластин, перпендикулярных к поверхности барабана и обечайки, образующих каналы для перемещения материала, имеющих конечные участки, параллельные образующим обечайки, соединенные с загрузочными и разгрузочными концами, согласно изобретению, зигзагообразные элементы в рядах выполнены с зазорами с образованием отдельных участков длиной, равной 0,05 - 0,2 длины обечайки, зазоры в соседних рядах зигзагообразных элементов смещены относительно друг друга на длину, равную половине длины участка между зазорами, при длине зазора, равной 0,025 - 0,075 длины этого участка.

На фиг. 1 изображено схематически устройство - вращающаяся печь; на фиг. 2 - развертка наружной поверхности обечайки с зигзагообразными элементами предложенной конструкции.

Вращающаяся печь содержит металлический барабан 1. Со стороны разгрузочного (горячего) конца барабан снабжен обечайкой (кондуктивным теплообменником) 2 длиной L. Барабан и обечайка соединены между собой рядами участков зигзагообразных элементов 3, плоскость которых перпендикулярна образующим на их поверхности, имеющим между собой зазоры 4. Участки зигзагообразных элементов между зазорами имеют длину l, считая между вершинами зигов, равную 0,05 - 0,2 длины обечайки L. Указанные участки разделены друг от друга зазорами шириной S, которые составляют 0,025 - 0,075 длины участка зигзагообразного элемента 1. В соседних рядах зазоры смещены относительно друг друга на расстояние, равное половине зигзагообразного участка. Зигзагообразные элементы оканчиваются участками, параллельными образующим обечайки, открытыми в разгрузочную камеру 5.

Устройство работает следующим образом.

Влажный материал - пасту фторида алюминия подают по загрузочной трубе 6 во вращающийся барабан длиной 45 м, где, передвигаясь вдоль стенок, материал контактирует с топочными газами, подаваемыми с противоположного конца печи 7. Достигнув начала встроенной обечайки (кондуктивной зоны) длиной 15 м, материал захватывается концевыми участками зигзагообразных элементов и далее продолжает двигаться к разгрузочному концу по сложной траектории. Материал пересылается не только по каналу, образованному соседними рядами зигзагообразных элементов, но попадает в зазор между участками зигов и далее в другой канал. При этом удлиняется время пребывания материала в зоне высоких температур, повышается турбулизация потоков материала, увеличивается площадь контакта частиц продукта с нагретыми поверхностями обечайки и зигзагообразных элементов.

По концевым участкам высушенный фторид алюминия попадает в разгрузочную камеру и выводится из печи. Продукт имеет влажность 0,28 - 0,3% и показатели химического и гранулометрического состава, соответствующие мировому уровню.

Таким образом, использование данного устройства вращающейся печи позволяет интенсифицировать процесс, повысить производительность на 15 - 20%, а также улучшить качество продукта.