инертный носитель для сушки продуктов в псевдоожиженном слое ("бинарный инерт")

Формула изобретения

Инертный носитель для сушки дисперсий, суспензий, пастообразных материалов, коллоидных и истинных кристаллообразующих растворов, полимеризующихся эмульсий и их смесей в псевдоожиженном слое, представляющий инертные тела, находящиеся в сушильной камере, отличающийся тем, что он является бинарным и состоит из смеси приблизительно 50% фторопластовых и приблизительно 50% алюминиевых инертных частиц, которые имеют близкие плотности и размеры, но сильно различаются по теплофизическим, адгезионным, физико-механическим и электрофизическим свойствам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сушильной технике и может быть использовано для сушки различных дисперсий (суспензий, пастообразных материалов, коллоидных и истинных кристаллообразующих растворов, полимеризующихся эмульсий и их смесей) во взвешенном (в том числе с дополнительным перемешиванием) или фонтанирующем слое инертных частиц в химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической и в других отраслях промышленности, производящих из дисперсий порошкообразные, гранулированные или формованные конечные продукты.

Известны инертные частицы - носители (инерт) в виде стеклянных шариков, крошки капрона, крупного кварцевого песка (см. Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. - Л.: Химия, 1968. - С.230-242; Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник. Т. 2. - Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2002. - С.828-831; Mujumdar A.S. (Ed.) Handbook of Industrial Drying. 1995, Vol.2. - New York: Dekker, pp.1095-1100.)

Наиболее близким к настоящему изобретению по достигаемому результату является инертный носитель, представляющий собой частицы фторопласта (см. Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. - Л.: Химия, 1968. - С.230-242).

Недостатками такого инертного носителя являются: относительно невысокая скорость сушки, сложность отслаивания с их поверхности и со стенок сушилки высушенных материалов, связанное с этим разное время пребывания частиц продукта в сушилке и ухудшение его качества, а также возникновение и накопление статического электричества, что представляет собой серьезную проблему для пожаро- и взрывоопасных производств.

Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении скорости сушки, улучшении отслаиваемости высушенного материала с поверхности инертных тел и со стенок сушилки, уменьшении при этом разброса времени пребывания частиц продукта в сушилке и соответственно повышении качества продукта, устранении накопления заряда статического электричества на инертных телах.

Указанный результат достигается тем, что инертный носитель (“бинарный инерт”) представляет собой смесь фторопластовых и алюминиевых частиц, причем выбор алюминия в качестве дополнительного к фторопласту материала в бинарном инерте вызван большой разницей в важнейших для инертных частиц теплопроводных, электропроводных, физико-механических и других свойствах при близкой плотности.

1. Теплопроводность алюминия примерно в 1000 раз выше теплопроводности фторопласта (см. таблицу). Поэтому скорость сушки на горячих алюминиевых частицах выше, чем на фторопласте, примерно на 20-30%. Это подтверждается результатами экспериментов, проведенных на конвективной сушилке. Для проверки осуществлялась сушка типичных и разнородных продуктов тонкого органического синтеза: суспензий Р-соли (2-нафтол-3,6-дисульфокислота, динатриевая соль) и Гамма-кислоты (2-амино-8-нафтол-6-сульфокислота) при условиях сушки, принятых в промышленности.

Таблица
Свойства	Материал инертных частиц
	Алюминий	Фторопласт-4
Теплофизические	Теплопроводность , Вт/(м·К)	210	0,25
	Теплоемкость, с, Дж/(кг·К)	905	1050
	Плотность , кг/м3	2700	2215
	Температуропроводность , м2/с	8,59·10-5	1,08·10 -7
Электрофизи-ческие	Удельное электрическое сопротивление ром, Ом,Ом·м	2,65·10-8	1017-1018
Физико-механические	Твердость по Бринеллю НВ, МПа	320	30-40
	Модуль упругости Е, ГПа	70-72,5	0,45
	Коэффициент трения:
	алюминий по алюминию	0,22
	фторопласт-4 по фторопласту-4 (среднее значение)	0,06
	фторопласт-4 по металлу (среднее значение)	0,08
	Коэффициент линейного температурного расширения , 1/К	25,6·10-6	15·10 -5
Адгезионные свойства	Смачиваемость водными дисперсиями (начало сушки)	Ограниченное смачивание	Несмачивание
	Угол смачивания , град.	90-0	180-90
	Относительная адгезия пастообразных материалов А (конец сушки), безразмерн.	3-4,5	1
См.: Химическая энциклопедия, 1988, т.1, с.207; 1998, т.5, с.403; Физическая энциклопедия, 1988, т.1, с.65; Физические величины: Справочник. Под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мелихова. - М.: Энергоатомиздат, 1991, с.53, 62, 129, 247, 250; Чегодаев Д.Д., Наумова З.К., Дунаевская Ц.С. Фторопласты. - Л.: ГХИ, 1960, с.43-45, 33; Зимон А.Д. Адгезия пищевых масс. - М.:Агропромиздат, 1986, с.134; Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. - М.: Химия, 1976, с.13.

Суспензии Р-соли и Гамма-кислоты с концентрацией твердой фазы в дистиллированной воде 25% (по массе на сухой остаток) помещались на фторопластовой или на алюминиевой подложках (размером 35×45 мм и толщиной 2 мм), нагретых предварительно до температуры сушильного агента t=80°С и располагались в сушилке параллельно потоку воздуха, имеющему скорость 5-7 м/с.

На фиг.1-4 представлены протоколы экспериментов, из которых видно, что время сушки этих продуктов на фторопласте составляет ~300 с, а на алюминии ~240 с, т.е. в 300:240=1,25 раза или на 25% меньше.

2. Улучшение отслаивания высушенного материала с инерта происходит вследствие столкновений алюминиевых частиц с фторопластовыми частицами, обладающими сильно разнящимися твердостью, коэффициентами температурного расширения, теплофизическими свойствами, смачиваемостью и адгезией высушиваемого материала к поверхности инертных частиц (см. таблицу).

3. Коэффициент трения фторопласта по металлу в 3-4 раза меньше, чем коэффициент трения алюминия по алюминию или фторопласта по фторопласту (см. таблицу), что также способствует отслаиванию высохшего материала и одновременно уменьшает истирание инертных частиц.

4. Алюминий является одним из лучших проводников электричества, а фторопласт - хорошим изолятором. Удельное электрическое сопротивление алюминия в 10¹⁰ раз меньше, чем у фторопласта (см. таблицу). Поэтому электропроводные частицы алюминиевого инерта, сталкиваясь с фторопластовыми частицами, снимают и переносят электрический заряд с фторопластового инерта к металлическому заземленному корпусу сушилки.

5. Алюминий и фторопласт являются материалами с близкой плотностью (см. таблицу). Это необходимо для устранения расслоения (сегрегации) псевдоожиженного слоя неоднородных инертных частиц. При необходимости дополнительно устранять сегрегацию можно перемешиванием мешалкой, погруженной в псевдоожижаемый слой, например, в серии типовых сушилок конструкции НИИхиммаша с диаметром от 0,25 до 2,8 м, с производительностью от 5 до 1000 кг/час по испаренной влаге (Сушильные аппараты и установки: Каталог. 6-е изд. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1992, с.72-76).

Проведенная экспериментальная проверка бинарного инертного носителя на лабораторной сушилке взвешенного слоя полностью подтвердила технический результат изобретения. В протоколах экспериментов (см. фиг.5-10) приведены данные по кинетике совмещенного процесса сушки, скола и уноса высушиваемого продукта для 25%-ных суспензий Р-соли и Гамма-кислоты. Использовалась смесь ~50% фторопластовых и ~50% алюминиевых частиц с размерами ~3-5 мм. Из таблиц протоколов видно, что скорость сушки на бинарном инерте на 20-30% выше, чем на фторопласте (время сушки составляет 270 и 330 с соответственно для Р-соли и 210 и 270 с для Гамма-кислоты, т.е. в 330:270=1,22 и в 270:210=1,29 раза меньше).

В ходе экспериментов наблюдалась хорошая отслаиваемость и скол высохшего материала с поверхности частиц инерта и корпуса сушилки.

Предлагаемый бинарный инертный носитель для сушки продуктов в псевдоожиженном слое позволяет интенсифицировать процесс сушки за счет увеличения скорости сушки, повысить качество высушенного продукта за счет улучшения отслаиваемости высушенного материала с поверхности инертных частиц и со стенок сушилки, а также устранить накопление заряда статического электричества на инертных телах.