устройство для сушки сыпучей продукции перегретым паром

Формула изобретения

1. Устройство для выпаривания жидкости, содержащейся в сыпучей продукции, посредством перегретого пара в качестве сушильного агента, содержащее сушильную камеру, теплообменник и устройство для разделения частиц продукции и низкотемпературного пара, герметично соединенные друг с другом, и осуществляющие сообщение с окружающей средой через загрузочное устройство для сыпучей продукции, разгрузочное устройство для сыпучей продукции и выпускное устройство для произведенного избытка низкотемпературного пара, причем сушильная камера в основном имеет цилиндрическую форму, отличающееся тем, что загрузочное устройство для сыпучей продукции, подлежащей высушиванию, и разгрузочное устройство для высушенной сыпучей продукции расположены на противоположных концах сушильной камеры, и впускное отверстие для пара расположено на том же конце, что и впускное отверстие для сыпучей продукции, при этом внутри сушильной камеры расположен ротор, обеспечивающий во время работы устройства перемещение части сыпучей продукции с нижней части к верхней части сушильной камеры, откуда эта часть продукции падает к нижней части сушильной камеры сквозь поток перегретого пара.

2. Устройство по п.1, в котором ротор содержит центральную ось с радиальными стержнями и подъемные отражательные перегородки, присоединенные к стержням.

3. Устройство по п.1, в котором ротор содержит вращающуюся оболочку с подъемными отражательными перегородками, присоединенными к внутренней цилиндрической стенке оболочки.

4. Устройство по п.1, в котором загрузка производится посредством винтового пресса, герметически соединенного с сушильной камерой, при этом винтовой пресс обеспечивает загрузку и механическое обезвоживание сыпучей продукции перед процессом сушки.

5. Устройство по п.1, в котором загрузка производится посредством насоса для сыпучих продуктов.

6. Устройство по п.1, в котором выгрузка производится посредством пресс-гранулятора, герметически соединенного с сушильной камерой, при этом пресс-гранулятор обеспечивает разгрузку и гранулирование сыпучей продукции после процесса сушки.

7. Устройство по п.1, в котором выгрузка производится посредством насоса для сыпучих продуктов.

Приоритет по пунктам:

17.12.2001 по пп.1-7.

Описание изобретения к патенту

Устройство для выпаривания жидкости, содержащейся в сыпучей продукции, посредством перегретого пара в качестве сушильного агента, содержащее сушильную камеру, теплообменник и устройство для разделения частиц продукции и низкотемпературного пара, герметично соединенные друг с другом и связанные с окружающей средой через загрузочное устройство для сыпучей продукции, разгрузочное устройство для сыпучей продукции и выпускное устройство для произведенного избытка низкотемпературного пара, отличается тем, что сушильная камера, в общем, имеет форму цилиндра, которая расположена горизонтально или имеет незначительное отклонение от него, причем внутри сушильной камеры размещен ротор, выполненный с возможностью перемещения частиц сыпучей продукции от нижней части к верхней части сушильной камеры, откуда частицы падают в нижнюю часть сушильной камеры сквозь поток перегретого пара.

Чаще всего жидкостью является вода, и тогда перегретый пар будет перегретым паром, смешанным с небольшими количествами летучих компонентов из сыпучей продукции.

В некоторых случаях жидкостью бывает не вода, а, например, органический легковоспламеняющийся растворитель. В таких случаях устройство согласно изобретению можно использовать для выпаривания большей части этой жидкости посредством перегретого пара той же самой жидкости, а после этого выпаривать оставшуюся часть жидкости посредством перегретого пара.

В других случаях жидкость может представлять собой смеси воды и других жидкостей, таких как этанол.

Предпосылки создания изобретения

Сушка с помощью перегретого пара является хорошо отработанной технологией с примерами промышленных применений, касающихся сушки свекловичной пульпы и целлюлозной массы.

Преимущества сушки в перегретом паре в основном являются следующими.

1. Очень высокая эффективность использования энергии в случаях, где может использоваться энергия пара, производимого процессом сушки, при конденсации в энергоемких процессах, таких как выпаривание или дистилляция.

2. Очень низкое загрязнение воздуха по сравнению с сушкой с помощью воздуха в качестве сушильного агента.

3. Высокое качество продукции и отсутствие потерь продукции в случаях, где окисление сыпучей продукции является проблемой.

4. Высокая безопасность, когда жидкость, подлежащая удалению из сыпучей продукции, является воспламеняющейся.

5. Возможное одновременное выполнение стерилизации и сушки.

Известный уровень техники

Посредством существующего устройства для сушки с помощью перегретого пара возможно проведение следующих типовых химико-технологических операций.

1. Загрузка сыпучей продукции в сушильную камеру.

2. Транспортировка перегретого пара через сушильную камеру.

3. Транспортировка сыпучей продукции через сушильную камеру при эффективном контакте с перегретым паром.

4. Разделение частиц продукции и низкотемпературного пара.

5. Выгрузка сыпучей продукции из сушильной камеры.

6. Подогревание и повторное использование низкотемпературного пара.

7. Выпуск произведенного избытка низкотемпературного пара. Существующее устройство для сушки с помощью перегретого пара отличается тем, что обеспечивает возможность проведения вышеупомянутых типовых химико-технологических операций.

Наиболее важные отличия.

1. Давление сушилки может быть выше или ниже, чем давление окружающей среды, или оно может быть равно давлению окружающей среды. Для сушилок с более высоким или более низким давлением, чем давление окружающей среды, требуются пневматические затворы, обеспечивающие загрузку и выгрузку сыпучей продукции.

2. Пневматические затворы могут быть основаны на различных принципах.

3. Контакт между частицами продукции и перегретым паром и транспортировка сыпучей продукции через сушильную камеру могут быть выполнены различными способами.

4. Сушильная камера и теплообменник могут быть отдельными установками, или они могут быть объединены в одной установке.

5. Впускное отверстие для перегретого пара в сушильную камеру может быть на том же конце, что и впускное отверстие для сыпучей продукции (прямоточная сушка), или оно может находиться на противоположном конце (противоточная сушка).

В патенте ЕР 0058651 В1 описана сушилка, в которой контакт между частицами продукции и перегретым паром выполняется посредством суспендирования сыпучей продукции в перегретом паре и транспортировки пневматическим образом сыпучей продукции через герметизированную сушилку, содержащую множество теплообменников из вертикальных труб и оболочек, соединенных трубками. Это означает, что сушка сыпучей продукции и подогрев пара полностью объединены и выполняются одновременно. Количество сыпучей продукции на м³ сушильной камеры очень низкое, и поэтому этот тип сушилки подходит только для продукции с небольшими частицами, которая может быть высушена в течение времени удерживания, не превышающего 1 минуту.

В патенте США №5357686 контакт между частицами продукции и перегретым паром выполняется в вертикальной кольцеобразной разделенной на части сушильной камере с псевдоожиженным слоем. Подогревание низкотемпературного пара выполняется с помощью теплообменника из труб и оболочек, помещенного в центре сушильной камеры. Перегретый пар входит через перфорированное основание сушильной камеры. Отделение частиц продукции от низкотемпературного пара происходит в верхней части сушильной камеры, и после удаления мелких частиц в циклоне часть низкотемпературного пара рециркулирует через теплообменник, в то время как оставшаяся часть выводится для внешнего использования.

Регулируя поток перегретого пара в вертикальных секциях сушильной камеры, можно управлять временем удерживания для сыпучей продукции в каждой секции и до некоторой степени обеспечивать более короткое время удерживания для меньших частиц, чем для больших частиц.

В заявке PCT/DK99/00196 описана аналогичная конструкция сушилки, но ввод низкотемпературного пара циклона перемещен вверх, и кольцеобразный псевдоожиженный слой имеет искривленную плиту основания. Это требуется для улучшения сушки крупных частиц без пересушивания среды и меньших частиц и обеспечивает лучшее удельное капитальное вложение, чем в устройстве, раскрытом в патенте США №5357686.

Количество сыпучей продукции на м³ сушильной камеры низкое, и поэтому этот тип сушилки имеет свои лучшие характеристики для продуктов с частицами, которые могут быть высушены в пределах времени удерживания, не превышающего 10 минут.

Все три описанные выше сушилки работают при давлении 2-6 бар для достижения повышенной способности парообразования на м³ сушильной камеры.

Барабанные сушилки, работающие с горячим воздухом в качестве сушильного агента, использовались для сушки широкого диапазона сыпучей продукции в течение времени, превышающего столетие. Барабанные сушилки, работающие с перегретым паром в качестве сушильного агента, использовались в некоторых случаях в течение последнего десятилетия, и их можно приобрести у таких компаний, как W.Kunz Drytec AG, CH-5606 Dinticon или Atlas Industries A/S Baltorpvej 160, DK-2750 Ballerup.

С помощью этих сушилок сушильную камеру (вращающуюся оболочку) подсоединяют к теплообменнику и разделительному устройству посредством уплотнителей, которые не являются герметичными. Контакт между частицами продукции и перегретым паром во вращающейся оболочке достигается посредством падений сыпучей продукции из верхней части вращающейся оболочки через поток перегретого пара, перемещающегося от впускного конца к выпускному концу вращающейся оболочки. Во время падения частицы продукции перемещаются к выходу шагами, длина которых зависит от скорости перегретого пара, веса и формы отдельных частиц. Между падениями частицы продукции либо опираются на нижнюю часть оболочки, либо поднимаются к верхней части вращающейся оболочки отражательными перегородками, размещенными горизонтально на внутренней стороне вращающейся оболочки, откуда они снова падают сквозь перегретый пар.

Сушилки от компаний W.Kunz Drytec AG и Atlas Industries A/S являются прямоточными сушилками, но пример противоточной сушилки описан в работе "Типовые химико-технологические операции химического машиностроения" McGraw-Hill, International Editions 1987 г., стр.732-733. Эта сушилка работает с нагретым воздухом в качестве сушильного агента, но в принципе может работать с перегретым паром. Во время противоточной сушки сушильный агент вносит отрицательный вклад в транспортировку сыпучей продукции через сушильную камеру. Чтобы компенсировать это, вращающаяся оболочка наклонена так, что выпускной конец для сыпучей продукции находится ниже, чем впускной конец.

Во время падения частицы интенсивность передачи энергии от перегретого пара к частице является очень высокой, понижающей содержание жидкости в поверхностном слое до более низкого уровня, чем внутри частицы. Когда сыпучая продукция расположена в нижней части сушильной камеры, интенсивность передачи энергии от перегретого пара к сыпучей продукции низкая, что дает время для перемещения жидкости из внутренней части частицы к поверхности.

Этот принцип сушки, отличающийся чередующимися периодами с высокой и низкой интенсивностью сушки, в дальнейшем называется пульсирующей сушкой.

Пульсирующая сушка обеспечивает однородную сушку гетерогенной сыпучей продукции, где необходимое время удерживания для самых маленьких частиц может составлять несколько секунд, в то время как для самых больших частиц оно может составлять 30 минут или больше. Очень длительное время удерживания для больших частиц является возможным, так как в нижней части вращающейся оболочки может быть накоплено большое количество сыпучей продукции. Кроме того, пульсирующая сушка обеспечивает возможность более высокой впускной температуры без теплового ухудшения продукции.

Ни одна из существующих барабанных сушилок, работающих с перегретым паром в качестве сушильного агента, не может функционировать при давлениях, отличающихся от атмосферного давления, потому что эффективные уплотнители, расположенные между вращающейся оболочкой и неподвижным оборудованием, присоединенным к ней, недоступны. Поэтому эти сушилки функционируют при атмосферном давлении или немного ниже, чтобы избежать эмиссии. Это означает, что пар, производимый в процессе сушки, имеет низкую температуру и разбавляется воздухом, что, по существу, снижает значимость применения пара.

Задача устройства согласно изобретению состоит в том, чтобы объединить пульсирующую сушку и сушку с помощью перегретого пара в полностью герметичной системе сушки. Таким образом, все известные преимущества сушки с помощью перегретого пара можно использовать в полной мере и объединить с преимуществами пульсирующей сушки.

Неожиданно оказалось возможным ввести пульсирующую сушку с помощью перегретого пара в полностью герметичную систему сушки без введения новых эффективных уплотнителей между вращающейся оболочкой и неподвижным оборудованием. В устройстве согласно изобретению совсем не применяются уплотнители в этой связи. Вместо этого сушильная камера, в общем, имеет форму горизонтального цилиндра, внутри которого размещен ротор. Ротор перемещает сыпучую продукцию с нижней части сушильной камеры к верхней части, откуда она падает сквозь поток перегретого пара, как требуется для проведения пульсирующей сушки.

Ротор и сушильную камеру можно выполнить различными способами в зависимости от природы сыпучей продукции. Когда жидкость может быстро перемещаться из средней части частиц к поверхности, требование к времени отсутствия колебаний низкое, предпочтительный вариант осуществления ротора содержит ось, расположенную параллельно оси сушильной камеры, снабженную множеством радиальных стержней, несущих отражательные перегородки на конце, удаленном от оси. Ось ротора расположена таким образом, что отражательные перегородки проходят близко к оболочке и собирают некоторую часть сыпучей продукции, когда они проходят через нижнюю часть сушильной камеры, и проходят на некотором расстоянии от оболочки, когда они перемещаются через верхнюю часть сушильной камеры, что позволяет частицам продукции вылетать в пространство между отражательными перегородками и оболочкой, откуда они падают сквозь перегретый пар. Это будет происходить, когда скорость вращения увеличится до уровня, где влияние на сыпучую продукцию центробежной силы больше, чем силы тяжести. Когда сила тяжести самая большая, частицы продукции будут падать прямо от отражательных перегородок.

Когда жидкость перемещается медленно из центральной части частицы к поверхности, требование к времени отсутствия колебаний в нижней части сушильной камеры высокое, в этом случае предпочтительный вариант осуществления изобретения содержит цилиндрическую сушильную камеру, внутри которой цилиндрическая вращающаяся оболочка размещена коаксиально с сушильной камерой. Вращающаяся оболочка может свободно вращаться внутри неподвижной сушильной камеры, но пространство между двумя цилиндрами очень узкое. Поддержание и вращение вращающейся оболочки достигают с помощью известных устройств.

Загрузка и выгрузка сушильного устройства согласно изобретению может производиться с помощью известных устройств, таких как шлюзовые затворы или загрузочные устройства потока вытеснения. Однако для некоторых видов сыпучей продукции ни одно из известных устройств не подходит. Примерами такой продукции являются зерновая солома, домашние отходы, бурый уголь, древесная стружка, древесная кора и субпродукты со скотобойни.

В таких случаях устройство согласно изобретению может быть оборудовано системой загрузки и выгрузки, описанной в заявке на патент Р.А. 200001183, зарегистрированной 08.08.2000 г.

Система загрузки/выгрузки, описанная в заявке на патент Р.А. 200001183, основана на перепускной системе, в соответствии с которой продукция сначала перемещается через дозировочное устройство, которое обеспечивает последовательность однообразных порций продукции, разделенных равномерными свободными от частиц пространствами, и впоследствии порции продукции транспортируются по отдельности через перепускное устройство, которое включает, по меньшей мере, одну шлюзовую камеру и, по меньшей мере, один из двух пневматических затворов, который в каждый момент времени гарантирует герметичный барьер между этими двумя зонами давления и в котором порции продукции форсированно загружаются из первой зоны в шлюзовую камеру посредством поршневого винта, ось которого, по существу, выровнена с осью шлюзовой камеры, и в котором порции продукции форсированно выгружаются из шлюзовой камеры во вторую зону давления посредством поршневого винта или поршня, или посредством газа, пара или жидкости, подаваемой с давлением, превышающим давление второй зоны повышенного давления.

В случаях, когда сыпучая продукция подвергается механическому обезвоживанию перед сушкой в устройстве согласно изобретению, в предпочтительном варианте осуществления используется винтовой пресс, герметически соединенный с сушильной камерой, и как устройство обезвоживания, и как загрузочное устройство.

В случаях, где сыпучая продукция после сушки в устройстве согласно изобретению должна быть гранулирована, предпочтительный вариант осуществления изобретения использует пресс-гранулятор, герметически соединенный с сушильной камерой, как для выгрузки, так и для гранулирования.

Согласно изобретению устройство для выпаривания жидкости, содержащейся в сыпучей продукции, посредством перегретого пара в качестве сушильного агента, содержащее сушильную камеру, теплообменник и устройство для разделения частиц продукции и низкотемпературного пара, герметично соединенные друг с другом и осуществляющие сообщение с окружающей средой через загрузочное устройство для сыпучей продукции, подлежащей высушиванию, разгрузочное устройство для высушенной сыпучей продукции и выпускное устройство для произведенного избытка низкотемпературного пара, причем сушильная камера, в основном, имеет цилиндрическую форму

Загрузочное устройство для сыпучей продукции, подлежащей высушиванию, и разгрузочное устройство для высушенной сыпучей продукции расположены на противоположных концах сушильной камеры, и впускное отверстие для перегретого пара расположено на том же конце, что и впускное отверстие для сыпучей продукции, при этом внутри сушильной камеры расположен ротор, обеспечивающий во время работы устройства перемещение части сыпучей продукции с нижней части к верхней части сушильной камеры, откуда эта часть продукции падает к нижней части сушильной камеры сквозь поток перегретого пара.

Предпочтительно ротор содержит центральную ось с радиальными стержнями и подъемные отражательные перегородки, присоединенные к стержням.

Предпочтительно ротор содержит вращающуюся оболочку с подъемными отражательными перегородками, присоединенными к внутренней цилиндрической стенке оболочки.

Предпочтительно загрузка производится посредством винтового пресса, герметически соединенного с сушильной камерой, при этом винтовой пресс обеспечивает загрузку и механическое обезвоживание сыпучей продукции перед процессом сушки.

Предпочтительно загрузка производится посредством насоса для сыпучих продуктов.

Предпочтительно выгрузка производится посредством пресс-гранулятора, герметически соединенного с сушильной камерой, при этом пресс-гранулятор обеспечивает разгрузку и гранулирование сыпучей продукции после процесса сушки.

Предпочтительно выгрузка производится посредством насоса для сыпучих продуктов.

Подробное описание

В дальнейшем изобретение подробно описано посредством двух вариантов осуществления с различными типами ротора.

В примере 1 описан вариант осуществления, являющийся предпочтительным, когда жидкость может быстро перемещаться из центральной части частиц к поверхности, и поэтому требование к времени отсутствия колебаний низкое. Фиг.1а и 1b иллюстрируют пример 1. Фиг.1а представляет собой продольное сечение устройства, а фиг.1b - поперечное сечение сушильной камеры

Сыпучую продукцию загружают в сушильную камеру 1.2 посредством загрузочного устройства 1.1 по заявке на патент Р.А. 200001183. В сушильной камере 1.2 сыпучая продукция поднимается с помощью отражательных перегородок 1.5 ротора, присоединенных с помощью стержней 1.4 к оси 1.3 ротора. На выпускном конце сушильной камеры сыпучая продукция падает в бункер 1.7 со шнековым транспортером 1.6, который транспортирует сыпучую продукцию к разгрузочному устройству 1.12, подобному устройству 1.1.

Перегретый пар проходит через циклон 1.8, где он отделяется от мелких частиц, которые направляются к бункеру 1.7. Перемещение перегретого пара достигается посредством вентилятора 1.9.

Избыток пара выпускается через выпускное устрйство 1.10, а остальная часть пара подогревается в теплообменнике 1.11 и проводится в сушильную камеру 1.2. Подвод первичной энергии к теплообменнику не показан.

В примере 2 описан вариант осуществления, являющийся предпочтительным, когда жидкость из центральной части частиц к поверхности перемещается медленно и поэтому требование к времени отсутствия колебаний в нижней части сушильной камеры высокое. Фиг.2а и 2b иллюстрируют пример 2. Фиг.2а представляет собой продольное сечение устройства, фиг.2b - поперечное сечение сушильной камеры.

Сыпучую продукцию загружают в сушильную камеру 2.2 посредством загрузочного устройства 2.1, подобного устройству 1.1. Ротор 2.4 в сушильной камере 2.2 состоит из вращающейся оболочки, в которой сыпучая продукция поднимается посредством отражательных перегородок 2.5 ротора, присоединенных к внутренней части вращающейся оболочки 2.4. Вращение вращающейся оболочки достигается с помощью известного средства. На выпускном конце сушильной камеры сыпучая продукция падает в бункер 2.7 с шнековым транспортером 2.6, который транспортирует сыпучую продукцию к разгрузочному устройству 2.12.

Перегретый пар проходит через циклон 2.8, где он отделяется от мелких частиц, которые направляются к бункеру 2.7. Перемещение перегретого пара достигается посредством вентилятора 2.9.

Избыток пара выпускается через выпускной клапан 2.10, а остальная часть пара подогревается в теплообменнике 2.11 и проводится в сушильную камеру 2.2. Подвод первичной энергии к теплообменнику не показан.