процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов
Классы МПК: | F26B11/14 с движением перемешивающих органов в горизонтальной или несколько наклоненной плоскости F26B5/02 путем использования ультразвуковых колебаний |
Автор(ы): | Олав Эллингсен (NO) |
Патентообладатель(и): | Термтек А/С (NO) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-01-07 публикация патента:
20.01.1999 |
Процесс/способ удаления жидкостей (сушки) из различных измельченных органических или неорганических материалов, преимущественно отходов, путем превращения части жидкости в туман, действующий как пар или газ, с экономией таким образом теплоты выпаривания со значительным снижением потребления энергии по сравнению с чистым выпариванием тех же самых жидкостей. Устройство содержит камеру с ротором внутри и прикрепленными к нему ножами, а на внутренней поверхности камеры расположены определенным образом ребра жесткости, при этом камера снабжена источником ультразвуковой энергии или магнитным вибратором. Способ сушки основан на использовании ультразвуковой энергии или магнитных колебаний, при этом возможен подвод тепла от внешнего источника. Изобретение позволяет снизить энергозатраты на сушку материалов. 2 с. и 9 з. п. ф-лы, 8 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8
Формула изобретения
1. Устройство для сушки органических или неорганических материалов или их смесей, содержащих одну или более жидкостей, при котором сушка происходит посредством удаления жидкости или жидкостей из твердых материалов в виде тонко измельченных капелек в форме тумана, включающее камеру для проведения процесса с входным отверстием для материала, который необходимо высушить, имеющую внутреннюю стенку, отличающееся тем, что содержит ротор, закрепленный с возможностью вращения вокруг оси камеры для проведения процесса, причем периферия ротора образует с противоположной внутренней стенкой камеры для проведения процесса кольцевой зазор, ротор снабжен размещенными по периферии вибрирующими роторными ножами, а внутренняя стенка камеры для проведения процесса имеет установленные, по существу, аксиально ребра жесткости, при этом роторные ножи при вращении обеспечивают подачу материала к входному отверстию и отгибаются наружу для обеспечения удаления жидкости или жидкостей из твердых веществ, роторные ножи размещены, по существу, близко к противостоящим ребрам для обеспечения во время вращения турбулентности жидкости, удаляемой из твердых материалов, в вибрирующие роторные ножи обеспечивают вибрацию жидкости для образования тумана. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый роторный нож закреплен с возможностью поворота на оси, параллельной оси вращения ротора. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что роторные ножи имеют спинки, создающие высокую турбулентность, видимую в направлении вращения. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что роторные ножи выполнены в форме регулируемых вилок. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магнитный вибратор установлен снаружи внутренней стенки камеры для проведения процесса, а роторные ножи соединены с магнитострикционным материалом. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ребра жесткости выполнены в виде вибрирующих элементов. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что ребра жесткости расположены на пьезоэлектрическом керамическом или магнитострикционном материале. 8. Способ сушки органических или неорганических материалов или их смесей, содержащих жидкость или жидкости, включающий подачу материала в камеру для проведения процесса между роторными ножами, расположенными по периферии, причем ротор вращается вокруг оси камеры для проведения процесса, имеющей внутреннюю стенку, отличающийся тем, что внутреннюю стенку камеры для проведения процесса выполняют с, по существу, аксиально расположенными ребрами жесткости, вращающийся ротор обеспечивает подачу материала с возможностью движения его радиально наружу вокруг оси вращения и удаления жидкости или жидкостей из материала, а вибрирующие роторные ножи и противостоящие ребра обеспечивают возникновение вибрационных сил и турбулентности для воздействия на внешний поток жидкости с тем, чтобы образовать туман. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что включает подачу нагретого газа в камеру для проведения процесса для обеспечения дополнительной энергии для сушки материала. 10. Способ по п.8, отличающийся тем, что материалом являются отходы. 11. Способ по п. 8, отличающийся тем, что для обеспечения вибрации на ребра жесткости воздействуют магнитным вибратором, установленным снаружи камеры для проведения процесса.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к методу сушки материалов, которые раскрыты в преамбуле пункта патента 1. Изобретение, кроме того относится к устройству для осуществления сушки материалов, что раскрыто в преамбуле пункта патента 3. Таким образом, это изобретение относится к методу удаления жидкостей (сушка) из различных измельченных органических и неорганических материалов путем превращения части жидкости в туман, действующий как пар или газ, сохраняя таким образом теплоту испарения, существенно снижая поглощаемую энергию по сравнению с чистым испарением из тех же самых жидкостей. В принципе, все методики или процессы предшествующего уровня техники, относящиеся к удалению жидкостей из таких измельченных материалов, основаны или на механическом отделении путем центрифугования, осаждения и т. д., или какой-то другой форме полного выпаривания жидкостей из материала. Задача этого изобретения состоит в том, чтобы показать новый путь удаления жидкостей из материалов, описанных в литературе, которые сушат, после того, как часть жидкостей была удалена с помощью вышеупомянутых методов. В литературе приводится ряд различных систем сушки, в основном включающих различные пути подведения энергии к материалам с целью выпаривания жидкостей. Обоснованием этой необходимости разных методов служит тип материала, измельченность частиц, тип жидкости и не меньше, термодинамические оценки материалов во время процесса. Самый простой и наиболее тривиальный вид сушки наблюдается при сушке выстиранного белья вне помещения. Здесь одежда высыхает под воздействием солнца и ветра. Среди других, предшествующий уровень техники включает следующие способы и процессы:роторная сушка, когда энергия подается с помощью пламени, вдуваемого в сушилку - так называемая сушилка с горячей продувкой, или с помощью термопроводящих элементов различной конструкции (труб, плит и т.д.) - так называемые масляные или паровые сушилки;
сушилка с псевдоожиженым слоем, которая обычно состоит из вертикального цилиндра с сеткой или какой-то другой перфорированной пластиной на дне, через которую продувается какой-либо нагретый газ, нагревая материал и удаляя жидкости путем выпаривания. Кроме того, существует инфракрасная сушилка, где энергия доставляется в виде инфракрасного излучения, различные типы туннельных печей и так называемые "турбосушилки", где материал сушится в вертикальном цилиндре с помощью вращающихся вентиляторов и противотока горячего воздуха или какого-то другого нагретого газа. Процессы, которые хорошо известны из предшествующего технического опыта, детально описаны в ряде руководств, таких как Perry"s Chemical Engineering Handbook, используются для сушки с разными целями. Проблема при всех этих методах состоит в том, что выпаривание жидкостей требует так много энергии, что конечный продукт должен обычно иметь значительную продажную цену, намного превышающую стоимость сушки. Однако сейчас существует ряд различных смесей материалов/жидкостей, для которых это не так; тем не менее было очень благоприятно по различным причинам, высушить их, особенно по соображениям охраны окружающей среды. Такие смеси материалов/жидкостей могут, например, включать:
Все типы грязи от городских растений. Обычные сточные отбросы. Навоз домашнего скота. Все типы фильтратов с центрифуг, содержащие жидкости. Различные биологические и химические жидкости от
нефтепереработки, лесопереработки и пищевой промышленности и т.д. Большинство этих материалов отличаются тем, что они обычно считаются отходами, и, таким образом, рассматриваются как не стоящие дорогого процесса сушки выпариванием. Предмет данного изобретения состоит в том, чтобы показать процесс или способ сушки таких материалов с использованием менее энергоемких, чем существующие, процессов сушки, при котором жидкости не выпариваются, но удаляются путем превращения значительной части указанных жидкостей в туман. При выпаривании жидкости потребность в энергии выражается следующим уравнением:
Q = m
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
где Q является необходимой энергией в Джоулях;
m - масса жидкости в кг;
C - удельная теплоемкость жидкости в Дж/калo;
dt является разницей между температурой выпаривания и первоначальной температурой жидкости. При выпаривании воды уравнение часто выражается так:
Q = m
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
где h2 является энтальпией пара при температуре выпаривания;
h1 является энтальпией воды при температуре подачи, то есть температурой воды, при которой она подается в процесс вместе с твердыми веществами;
k равно потерям при процессе. Q = m
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
где xs является весовым отношением твердых веществ;
cs является удельной теплоемкостью твердых веществ;
xv является весовым соотношением воды. Если присутствует несколько различных твердых веществ в материале, равенство расширяется для каждого твердого ингредиента с его соответствующим весовым соотношением и удельной теплоемкостью. Обращаясь к типичным отходам от лесоперерабатывающей промышленности, содержащим 30% волокон и 70% воды, при условии, что dt = 100 - 20 = 80oC, cs = 1500 Дж/кгo C = 1,5 кДж/кгoC С, h2 = 2676000 Дж/кгoC = 2676 кДж/кгoC и h1 = 83900 Дж/кгoC = 83,9 кДж/кгoC, потребление энергии на кг будет Q = 1 [0,3
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125217/960.gif)
Из которого
N = 1000003
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125088/963.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
Aобщ= N
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125217/960.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125217/960.gif)
Общая энергия равна
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125217/2125217-2t.gif)
Это по порядку значения примерно в 20000 раз меньше, чем энергия для чистого выпаривания воды. Этот феномен в настоящее время используется для устройств, таких как так называемые увлажнители. Более ранние модели основывались на чистом испарении, в которых погружной электронагреватель помещался в контейнер для нагревания воды до кипения и испарения. В современных моделях погружной электронагреватель заменен пьезоэлектрическим кристаллом, вибрирующим с частотой примерно 20 кГц. Когда капелька воды попадает на кристалл, она разрывается на миллионы очень мелких капелек воды, вместе образующих туман, который увлажняет воздух в комнате при комнатной температуре. Частота ультразвукового источника, необходимая для достижения этого, выражена Ф.Д. Смитом (F.D. Smith) как
f = [1/(2
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125217/960.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125217/960.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125088/963.gif)
где r представляет радиус капелек;
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125043/956.gif)
Po является внешним гидростатическим давлением;
o является удельным весом (плотностью) жидкости;
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125088/963.gif)
В вертикальный или горизонтальный цилиндрический контейнер устанавливается смеситель, движимый вращающим источником энергии - электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания. К мешалке разработана серия ножей, которые, когда ротор вращается, отгибаются наружу центробежной силой. На самой камере для процесса устроено входное отверстие для материала, который нужно сушить, выходное отверстие для сухого материала и отверстие для удаления пара и тумана. Для подачи ультразвуковой энергии к материалу, находящемуся втурбулентном потоке, может быть применена следующая процедура:
На внутренней стороне камеры для процесса создаются ребра жесткости, проходящие по длине по всей внутренней периферии камеры. Ребрам придается такая форма, чтобы они были примерно параллельны лезвиям, там где они проходят ребра. Когда ротор, имеющий N ножей на лопасти, вращается с n об/мин, каждый поворот будет создавать n
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
![процесс и устройство для сушки или органических и/или неорганических материалов, патент № 2125217](/images/patents/346/2125005/183.gif)
температура процесса,
нагрузка на двигатель,
влажность высушенного материала. Другими словами, выход высушенного материала начинается при выбранных рабочей температуре и влажности. Получаемая в результате сниженная нагрузка на двигатель будет вызывать включение загрузки до тех пор, пока нагрузка опять не достигнет предела. Во время загрузки температура падает и начинается отдача. При правильно отрегулированном оборудовании это будет непрерывным, так что загрузка будет уравновешивать выход, т.е. выход и загрузка будут непрерывными. Процесс показан детально в последующих чертежах, где:
Фиг. 1 показывает схематический вид процесса. Фиг. 2 показывает деталь камеры процесса и нож в момент движения. Фиг. 3 показывает деталь одного из ножей, сконструированного в виде регулируемой вилки. Фиг. 4 показывает ту же самую вилку, предварительно напряженную магнитострикционным материалом терфонолом с вибрирующим генератором магнитного поля. Фиг. 5 показывает деталь ребра жесткости, присоединенную к пьезоэлектрическому или магнитострикционному материалу
Фиг. 6 показывает вид сбоку примера осуществления аппарата на 450 кВт. Фиг. 7 показывает вид спереди того же самого примера осуществления. Фиг. 8 показывает вид примера осуществления сверху или снизу. На фиг. 1 показана камера для проведения процесса 1 с ротором 2 и ножами 3, приводимыми в движение двигателем 4. Масса подается в камеру для проведения процесса с помощью питающего конвейера 5 из бункера 6. Питающий конвейер приводится в движение двигателем 7. Масса в камере для проведения процесса разбивается ножами 3 и подвергается воздействию ультразвуковой энергии или вибраций от ножей и ребер жесткости 8. В качестве дополнительной энергии может подаваться отчасти в форме нагретого газа из агрегата 9. Газы, туман и пары отходят из камеры для проведения процесса 1 через выходное отверстие, через вентиляционный канал с крыльчаткой 11 и или в открытую атмосферу, или в конденсатор. Высушенный материал направляется через выходное отверстие 12 через вращающийся затвор 13. На фиг. 2 показана, как указывалось, деталь камеры для проведения процесса и нож в момент движения. На фиг. 3 показана деталь одного из ножей, сконструированного в виде регулируемой вилки. На фиг. 4 показана та же самая вилка, предварительно напряженная магнитострикционным материалом терфонолом 14, с вибрирующим генератором магнитного поля 15. На фиг. 5 показана деталь ребра жесткости 4, соединенная с пьезоэлектрическим или магнитострикционным материалом 20, получающим энергию вибрации через кабели 21 и 22 от генератора 23. На фиг. 6, где номера для ссылки имеют то же самое значение, что и на фиг. 1, также показан шнековый конвейер 15 для твердых веществ и рельсовый механизм 16, на котором размещается конструкция. На нем, кроме того показана выпускная труба 17 для отходящих газов и тумана, которые выводятся в открытую атмосферу. Аппарат управления процессом 18 располагается в конце двигателя. Весь агрегат встраивается в 20 - футовый (6,1 м) стандартный контейнер ISO 19. На фиг. 7 показан вид спереди того же самого примера осуществления, включая выпускное отверстие 10 для отходящих газов и тумана, вентиляционный канал с крыльчаткой 11 и питающий конвейер 5 к бункеру 6. В бункере находятся 4 поперечных питающих конвейера, единственная функция которых состоит в подаче материала на питающий конвейер 5.
Класс F26B11/14 с движением перемешивающих органов в горизонтальной или несколько наклоненной плоскости
сушилка для сушки измельченной древесины - патент 2524752 (10.08.2014) | ![]() |
устройство для сушки зерна - патент 2508513 (27.02.2014) | ![]() |
устройство для сушки зерна - патент 2506507 (10.02.2014) | ![]() |
устройство для сушки зерна - патент 2506506 (10.02.2014) | ![]() |
устройство для сушки зерна - патент 2460954 (10.09.2012) | ![]() |
установка для сушки органических масс - патент 2450225 (10.05.2012) | ![]() |
установка для термообработки сыпучих материалов - патент 2393399 (27.06.2010) | ![]() |
устройство для сушки зерна - патент 2371650 (27.10.2009) | |
устройство для сушки сыпучего материала - патент 2367867 (20.09.2009) | |
барабанная сушилка - патент 2367866 (20.09.2009) |
Класс F26B5/02 путем использования ультразвуковых колебаний