способ сушки волокнистых, мелкозернистых и порошкообразных материалов и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ сушки мелкозернистых, порошкообразных и волокнистых материалов, заключающийся в подаче влажного материала на опорно-распределительную решетку сушилки при одновременной подаче под нее сушильного агента, отличающийся тем, что решетку сушилки вместе с находящимся на ней материалом подвергают импульсным воздействиям путем нанесения по решетке ударов, направленных вверх, причем удары наносят в зонах пучностей собственных колебаний опорно-распределительной решетки.

2. Способ сушки по п.1, отличающийся тем, что импульсные воздействия, наносимые в различных зонах пучностей колебаний опорно-распределительной решетки, распределяют по времени так, чтобы суммарный эффект от импульсных воздействий приводил к резонансным колебаниям решетки.

3. Устройство для реализации способов по п.1 или 2, содержащее корпус, одну или более опорно-распределительных решеток с газораспределительными камерами, патрубки для подачи влажного материала, сушильного агента, отвода высушенного материала и влажного газа, отличающееся тем, что решетки закреплены в корпусе с возможностью совершения поперечных изгибных колебаний в вертикальном направлении, а в газораспределительных камерах установлены узлы для генерирования импульсных воздействий на решетки, при этом узлы снабжены генератором импульсов или блоком синхронизации, обеспечивающими распределение по времени импульсных воздействий, наносимых в различных зонах пучностей колебаний опорно-распределительной решетки так, чтобы суммарный эффект от импульсных воздействий приводил к резонансным колебаниям решетки.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что каждый узел для генерирования импульсных воздействий содержит электромагнитную катушку, намотанную на герметичную тонкостенную камеру, и сердечник, способный перемещаться в камере с зазором, причем нижняя часть сердечника - якорь - выполнен из ферромагнитного материала, верхняя - ударник - из парамагнитного или диамагнитного материала, а электромагнитные катушки соединены с генератором электрических импульсов.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что каждый узел для генерирования импульсных воздействий представляет собой пневматический цилиндр с поршнем, к которому прикреплен ударник.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что узлы для генерирования импульсных воздействий содержат совмещенный или раздельные электромеханические приводы с возвратно-поступательным движением рабочих органов, к которым прикреплены ударники.

7. Устройство по п.4, или 5, или 6, отличающееся тем, что на верхних концах ударников закреплены наконечники из материала с твердостью, меньшей, чем твердость решетки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам сушки волокнистых, мелкозернистых и порошкообразных материалов, склонных к образованию комков, агломератов, к налипанию их на элементы оборудования, а также к устройствам для сушки, и может быть использовано в химической, металлургической, пищевой, лесохимической и других отраслях промышленности.

Известен способ сушки волокнистых, мелкозернистых и порошкообразных материалов (Пат. РФ № 2258877, МПК⁸ F26B 3/10, F26B 3/092), включающий подачу влажного дисперсного материала и сушильного агента, смешивание их с образованием газовзвеси, транспортировку ее в сушильную камеру, при этом воздействие на дисперсный материал осуществляют на первой стадии в пневматической спиральной сушилке с последовательно чередующимися прямолинейными и криволинейными участками, например, в течение 4-5 секунд, а досушивание продукта до конечной влажности осуществляют в вибрационной сушилке в виброкипящем слое, например, в течение 2,5-3,0 минут. Изобретение должно обеспечить повышение качества конечного продукта.

Недостатками известного способа являются следующие. Вибрирует вся вибросушилка, т.е. энергия расходуется нерационально. Кроме того, снижается эффективность воздействия непосредственно на влажные частицы, и при наличии сильных связей между частицами и решеткой известный способ может оказаться неэффективным.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ сушки волокнистых, мелкозернистых и порошкообразных материалов (Пат. РФ № 2166712, МПК⁸ F26B 3/092, F26B 3/08, A23L 3/50), заключающийся в подаче вязких частиц на верхнюю поверхность перфорированного конвейера и перемещении вязких частиц через кипящий слой; поток воздуха для сушки подают вверх через перфорированный конвейер на вязкие частицы. Подвергают вязкие частицы воздействию потока пульсирующего воздуха. Регулируют подачу потока воздуха для сушки и потока пульсирующего воздуха, пульсацию и температуру воздуха. Изобретение также относится к устройству для сушки - к установке кипящего слоя, обеспечивающей предотвращение агломерации в процессе сушки; установка содержит средство ввода вязких частиц на верхнюю поверхность перфорированного конвейера, выполненного с возможностью перемещения вязких частиц через кипящий слой, выходное средство для выпуска вязких частиц, средство подачи воздуха для сушки и пульсирующего воздуха. Изобретение позволяет разработать одностадийный способ сушки вязких частиц и исключить их агломерацию, сушить большое количество вязких частиц и при этом сохранить хорошие поверхностные свойства.

Недостатками известного способа и устройства являются следующие. При наличии крупных комков, обладающих высокой влажностью (примерно более 10-12%), сила сцепления между частицами в комках, а также между комками и элементами аппарата может быть столь высокой, что кинетической энергии пульсирующего воздуха может оказаться недостаточно для разрушения этих комков. Это приведет к резкому снижению эффективности процесса, зарастанию поверхности перфорированного конвейера новыми порциями влажного материала вплоть до полной его остановки.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для сушки волокнистых, мелкозернистых и порошкообразных материалов (Пат. РФ № 2156932, МПК⁸ F26B 3/092, F26B 7/00, F26B 3/34, F26B 3/088), включающее цилиндрический корпус, внутри которого расположены металлические шары, с установленным вокруг него электромагнитным индуктором с охлаждающим кожухом, при этом цилиндрический корпус расположен вертикально и соединен с несущими верхней и нижней рамками, установленными на упругих элементах, причем верхняя рама снабжена вибраторами и кожухом, имеющим загрузочное устройство и патрубок для отвода газов и паров, а нижняя рама - бункером для готового продукта, при этом охлаждающий кожух соединен гибкими термостойкими шлангами с патрубками, расположенными по периметру корпуса ниже колосникового пода, на котором размещены металлические шары. Известное устройство позволяет повысить удельную производительность установки с низким удельным расходом энергии путем интенсификации теплообмена и создания оптимальных режимов работы.

Недостатками известного устройства являются следующие. Устройство для сушки обладает довольно сложной и металлоемкой конструкцией. В частности, металлические шары занимают значительную часть рабочего объема аппарата, их использование увеличивает его массогабаритные характеристики. Это особенно важно в связи с тем, что в колебательное движение приводится весь аппарат, обладающий массой, в десятки или даже сотни раз превышающей массу высушиваемого материала. Это приводит к неоправданно высоким затратам энергии, а также к возникновению большой динамической нагрузки на фундамент со стороны колеблющегося аппарата.

Задача предлагаемого изобретения - повышение эффективности процесса сушки, снижение энергетических затрат, уменьшение нагрузки на фундамент и повышение надежности устройства.

Поставленная задача решается тем, что в способе сушки мелкозернистых, порошкообразных и волокнистых материалов, заключающемся в подаче влажного материала на опорно-распределительную решетку сушилки при одновременной подаче под нее сушильного агента, согласно изобретению решетку сушилки вместе с находящимся на ней материалом подвергают импульсным воздействиям путем нанесения по решетке ударов, направленных вверх, причем удары наносят в зонах пучностей собственных колебаний опорно-распределительной решетки.

Решение поставленной задачи достигается также тем, что в способе сушки импульсные воздействия, наносимые в различных зонах пучностей колебаний опорно-распределительной решетки распределяют по времени так, чтобы суммарный эффект от импульсных воздействий приводил к резонансным колебаниям решетки.

Выполнение поставленной задачи достигается также тем, что устройство для сушки мелкозернистых, порошкообразных и волокнистых материалов содержит корпус, одну или более опорно-распределительных решеток с газораспределительными камерами, патрубки для подачи влажного материала, сушильного агента, отвода высушенного материала и влажного газа, согласно изобретению решетки закреплены в корпусе с возможностью совершения поперечных изгибных колебаний в вертикальном направлении, а в газораспределительных камерах установлены узлы для генерирования импульсных воздействий на решетки, при этом узлы снабжены генератором импульсов или блоком синхронизации, обеспечивающими распределение по времени импульсных воздействий, наносимых в различных зонах пучностей колебаний опорно-распределительной решетки так, чтобы суммарный эффект от импульсных воздействий приводил к резонансным колебаниям решетки.

Кроме того, решение поставленной задачи достигается тем, что каждый узел для генерирования импульсных воздействий содержит электромагнитную катушку, намотанную на герметичную тонкостенную камеру, и сердечник, способный перемещаться в камере с зазором, причем нижняя часть сердечника - якорь - выполнен из ферромагнитного материала, верхняя - ударник - из парамагнитного или диамагнитного материала, а электромагнитные катушки соединены с генератором электрических импульсов.

В качестве альтернативы каждый узел для генерирования импульсных воздействий может представлять собой пневматический цилиндр с поршнем, к которому прикреплен ударник.

Наконец, решение поставленной задачи достигается тем, что узлы для генерирования импульсных воздействий содержат совмещенный или раздельные электромеханические приводы с возвратно-поступательным движением рабочих органов, к которым прикреплены ударники, а на верхних концах ударников закреплены наконечники из материала с твердостью, меньшей, чем твердость решетки

Предлагаемое изобретение позволяет за счет реализации резонансных колебаний решетки, за счет разрушения комков влажного материала, непосредственного воздействия на решетку с комками повысить эффективности процесса сушки и снизить энергетические затраты; за счет снижения колеблющейся массы (в отличие от известных решений в колебательном движении участвует не весь аппарат, а лишь решетка с материалом) снизить нагрузку на фундамент, что позволяет повысить надежность аппарата. Повышению надежности устройства способствует также гарантированное разрушение комков, поскольку энергия колебаний подводится непосредственно в ту зону аппарата, где она непосредственно используется, а именно к решетке с налипшими на нее комочками влажного материала. Кроме того, надежность аппарата повышается в результате того, что снижается риск самопроизвольного раскручивания крепежных деталей при вибрациях сушилки, так как в предлагаемом аппарате колебаниям подвергается только решетка с материалом.

Заявляемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.

На фиг.1 представлен один из вариантов исполнения устройства для сушки волокнистых, мелкозернистых и порошкообразных материалов. На фиг.2 изображены примеры колебаний решетки 2 круглой формы (стрелками показаны зоны пучностей).

Устройство содержит корпус 1, опорно-распределительную решетку 2 (несколько решеток 2 целесообразно использовать в многокамерных сушилках с перетоком высушиваемого материала) с газораспределительной камерой 3, патрубок для подачи влажного материала, патрубки отвода высушенного материала и влажного газа (на фиг.1 условно не показаны), патрубок 4 для подачи сушильного агента. Решетка 2 закреплена в корпусе 1 между фланцами 5 с возможностью совершения поперечных колебаний в вертикальном направлении, например зажата между элементами, допускающими колебания решетки 2 - резиновыми, паронитовыми или асбестовыми прокладками (на фиг.5 условно не показаны). В альтернативном варианте решетка 2 может быть жестко зажата между фланцами (например при помощи медных прокладок); при этом увеличивается частота ее собственных колебаний. В газораспределительной камере 3 установлен узел 6 для генерирования импульсных воздействий на решетки, содержащий электромагнитную катушку 7, намотанную на герметичную тонкостенную камеру 8, и сердечник 9, способный перемещаться в камере 8 с зазором. Нижняя часть сердечника 9 - якорь 10 - выполнен из ферромагнитного материала (например, из углеродистой, кобальтовой стали или из сплава Альнико - см. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1977. - С.542), верхняя - ударник 11 - из парамагнитного или диамагнитного материала (например, из латуни или полимера), а электромагнитная катушка соединена с генератором электрических импульсов 12. Для увеличения эффективности работы сердечника 9 его якорь 10 может быть также выполнен в виде постоянного магнита из магнитотвердого материала.

На верхнем конце ударника 11 закреплен наконечник 13 из материала с твердостью, меньшей, чем твердость решетки, например из износостойкой резины или полимера, и служит для смягчения ударов по решетке 2, что позволяет обеспечить высокую продолжительность ее службы.

В качестве альтернативы каждый узел для генерирования импульсных воздействий может представлять собой пневматический цилиндр с поршнем, к которому прикреплен ударник 11.

Кроме того, узлы для генерирования импульсных воздействий могут содержать совмещенный или раздельные электромеханические приводы с возвратно-поступательным движением рабочих органов, к которым прикреплены ударники 11. В качестве электромеханических приводов с возвратно-поступательным движением рабочих органов могут служить, например, двигатели с эксцентриковым или кривошипно-шатунным механизмом (аналогично конструкции коленчатого вала с поршнями в двигателях внутреннего сгорания или поршневых компрессорах). В случае совмещенного привода от одного привода в движение приводятся все ударники 11. В альтернативном варианте каждый ударник 11 оснащен отдельным приводом, а синхронизация движения приводов производится блоком синхронизации.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. На решетку 2 подают влажный материал, склонный к образованию комков. Под решетку 2 через патрубок 4 подают горячий сушильный агент (например, воздух).

При отсутствии дополнительных воздействий на высушиваемый материал он склонен к налипанию на решетку, образуя на ней вязкий, трудно продуваемый слой. По мере подачи новых порций влажного материала на решетке 2 образуется плотный непродуваемый слой, и происходит функциональный отказ аппарата.

При использовании предлагаемых способа и устройства, а именно при включении генератора 12, на катушку 7 передаются импульсы напряжения. При наведении в катушке 7 магнитного поля якорь 10 сердечника 9 втягивается в катушку 7, после чего подача генератором 12 напряжения на катушку 7 прекращается, и наводимое катушкой 7 магнитное поле спадает до нуля. Сердечник 9 продолжает двигаться по инерции вверх до тех пор, пока ударник 11 с наконечником 13 не ударит по решетке 2. Решетка 2, обладающая достаточно высокой податливостью, деформируется, а комки сначала перемещаются вместе с решеткой 2 вверх, затем под действием нарастающих сил упругости решетка 2 стремится вернуться в исходное положение, т.е. вниз, а комки продолжают двигаться по инерции вверх, отрываясь от решетки 2 и подлетая вверх. При этом они лучше обтекаются сушильным агентом и частично подсушиваются. При обратном движении комочков вниз они падают на решетку 2, частично разрушаясь при ударе об нее. Многократно повторяющийся цикл подбрасывания комков и их падения приводит к постепенному разрушению связей в комках, что способствует интенсификации их высыхания.

Удары наносят в зонах пучностей собственных изгибных колебаний опорно-распределительной решетки 2. Расположение пучностей зависит от способа крепления решетки по контуру (свободно опертые либо жестко защемленные по контуру) и известно из литературы по теории пластинок, оболочек и мембран (Прочность. Устойчивость. Колебания. - Справочник. Т.3 / Под общ. ред. И.А.Биргера и Я.Г.Пановко. - М.: Машиностроение, 1968. - С.375-397; Вайнберг Д.В., Вайнберг Е.Д. Пластины, диски, балки-стенки (Прочность, устойчивость и колебания). - Киев: Гос. изд-во лит-ры по строительству и архитектуре УССР, 1959. - С.858-871). В простейшем случае совершающая вертикальные колебания решетка 2 имеет одну пучность, находящуюся в ее центре (фиг.2, а).

Таким образом, благодаря тому, что опорно-распределительную решетку 2 сушилки подвергают импульсным воздействиям путем нанесения по ней ударов, направленных вверх при помощи генератора 12, катушки 7 и сердечника 9, происходит разрушение связей как между частицами высушиваемого материала внутри комков, так и между комками и решеткой 2.

Благодаря тому, что удары наносят в зонах пучностей собственных изгибных колебаний опорно-распределительной решетки 2 и распределяют их по времени так, чтобы суммарный эффект от импульсных воздействий приводил к резонансным колебаниям решетки 2, колебания решетки 2 возбуждаются с наименьшими затратами энергии, при этом достигается наибольший эффект дробления комков и последующей сушки материала.

Импульсные воздействия, наносимые в различных зонах пучностей колебаний опорно-распределительной решетки распределяют по времени так, чтобы суммарный эффект от импульсных воздействий приводил к резонансным колебаниям решетки. Например, при возбуждении изгибных колебаний решетки 2 с двумя пучностями, расположенными диаметрально противоположно (смещенными от центра решетки 2 на известные из вышеуказанной литературы расстояния, см. фиг.2, б), удары по зонам пучностей наносят со сдвигом по фазе на , т.е. в противофазе.

Необходимость нанесения ударов по решетке 2 в нескольких пучностях возникает в случае больших размеров (диаметра, ширины, длины) решетки 2.

Вследствие того, что в предлагаемом изобретении колебания совершает лишь решетка с материалом, а не весь аппарат в целом, резко снижается колеблющаяся масса. В результате этого на несколько порядков сокращается динамическая нагрузка на фундамент, что в целом приводит и к повышению надежности устройства. К увеличению надежности приводит и устранение вибраций всей сушилки, и, как следствие, снижение риска раскручивания крепежных элементов.

Пример конкретного выполнения 1. На решетку 2 устройства, изображенного на фиг.1, подают волокнистый материал - влажную дробленую еловую хвою, а под нее - через патрубок 4 - воздух с температурой 80°С.

При отключенном генераторе 12 влажная хвоя ложится плотным слоем на решетку 2, образуя прочный труднопродуваемый слой, в котором воздух пробивает несколько крупных каналов. В результате этого воздух проходит лишь через малую часть слоя, практически не высушивая его. Таким образом, происходит отказ устройства для сушки (сушилки).

При включении генератора 12, соединенного с катушкой 7, расположенной на оси решетки 2, возбуждают вертикальные движения сердечника 9, приводящие к ударам по решетке 2 в зоне пучностей ее колебаний, с частотой, близкой к собственной частоте колебаний решетки 2, что приводит к ее резонансным колебаниям. Под действием этих ударов и возбуждаемых ими последующих колебаний решетки 2 происходит разрушение связей между частицами хвои, и эти частицы отслаиваются от поверхности решетки. Слой материала на решетке разрыхляется, и вследствие этого равномерно продувается горячим воздухом. Это приводит к ускорению процесса сушки, причем с высокой эффективностью и при малых энергетических затратах. Также повышается и надежность устройства, поскольку отсутствуют колебания всего устройства в целом и оно выполняет свою функцию по высушиванию материала.

Аналогично происходит разрушение комков при сушке других видов волокнистых материалов - влажных частиц целлюлозы, а также лепестков календулы.

Пример конкретного выполнения 2. Аналогично примеру 1, на решетку 2 (см. фиг.1) подают порошкообразный материал - мел с размером частиц не более 100 мкм и влажностью 10-12%. При отсутствии внешних воздействий мел лежит плотным слоем, образуя комки, прилипающие к решетке 2. При включении генератора 12 и возбуждении ударов сердечника 9 по решетке 2 с частотой, близкой к собственной частоте колебаний решетки 2, возникают ее резонансные колебания. Комки разрушаются, и сушка мела реализуется в полной мере, с равным доступом воздуха ко всем частицам мела.

Аналогично происходит разрушение комков при сушке других видов порошкообразных материалов - талька, гидроксида алюминия.

Пример конкретного выполнения 3. Аналогично примеру 1, на решетку 2 (см. фиг.1) подают мелкозернистый материал - песок с размером частиц до 500 мкм и влажностью 8-10%. При отсутствии внешних воздействий песок образует плотный слой на решетке 2. При включении генератора 12 и возбуждении ударов сердечника 9 по решетке 2 с частотой, близкой к собственной частоте колебаний решетки 2, возникают ее резонансные колебания. Плотный слой песка быстро разрушается, и сушка песка реализуется в полной мере, с равным доступом воздуха ко всем частицам.

Аналогично происходит разрушение слоя при сушке других видов мелкозернистых материалов - пшена, ячменя, частиц полистирола.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство позволяют за счет возможности реализации резонанса, а также за счет разрушения налипшего на решетку материала, в том числе в виде комков, и непосредственного воздействия на решетку с налипшим материалом повысить эффективность процесса сушки и снизить энергетические затраты. Благодаря тому, что колеблется не весь аппарат с материалом и внутренними устройствами, а лишь решетка с материалом, предлагаемые способ и устройство позволяют уменьшить нагрузку на фундамент. За счет гарантированного разрушения налипшего на решетку материала, устранения вибраций всей сушилки, т.е. снижения риска раскручивания крепежа и т.п., предлагаемые способ и устройство позволяют устранить нагрузку на фундамент и повысить надежность устройства.