способ сушки мелкоизмельченных органических веществ, способных привести к взрывным реакциям

Формула изобретения

1. Способ непрерывной сушки твердых органических веществ в водной фазе или в смешанной фазе (вода/органический растворитель), включающий стадии подачи непрерывного потока упомянутых веществ в турбосушилку (1) непрерывного действия, которая состоит из цилиндрического трубчатого корпуса (19), снабженного нагревательной рубашкой (22), закрытого крышками (20, 21) по торцам, образованного с впускным и выпускным отверстиями (23, 24) и снабженного лопастным рабочим колесом (25), установленным соосно для вращения в нем со скоростью 200-1500 об/мин, чтобы получить из упомянутой турбосушилки (1) непрерывный выходной поток высушенного порошкового материала и пара, температура которого выше 100°С; подачи упомянутого непрерывного потока высушенного порошкового материала и пара в, по меньшей мере, один разделительный аппарат (3, 5) для отделения порошкового материала от пара; выпуска из упомянутого аппарата (3, 5) непрерывного потока порошкового материала и непрерывного потока пара, который затем опять подается в турбосушилку (1), отличающийся тем, что давление пара внутри упомянутой турбосушилки (1) и упомянутого разделительного аппарата (3, 5) поддерживается постоянным и на таком уровне, чтобы обеспечить, по сути, полное отсутствие кислорода или, в любом случае, невозможность воспламенения порошкового материала за счет непрерывного сброса ниже упомянутого разделительного аппарата объема пара, соответствующего объему пара, сгенерированному в упомянутой турбосушилке (1).

2. Способ по п.1, в котором упомянутый объем сброшенного ниже разделительного аппарата (3, 5) пара перед стравливанием в воздух подается в конденсирующий аппарат (16) - турбоконденсаторы (16) и/или набивные колонны.

3. Способ по п.2, в котором, по меньшей мере, часть упомянутого объема пара до подачи в упомянутый конденсирующий аппарат (16) направляется через теплообменник (14), чтобы получить теплую воду.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором пар, выходящий из разделительного аппарата (3, 5) и предназначенный к возврату снова в турбосушилку (1), предварительно направляется через теплообменник (9), чтобы температура пара была в интервале 150-270°С.

5. Способ по любому из пп.1-3, в котором упомянутый, по меньшей мере, один разделительный аппарат (3, 5) состоит из циклонного сепаратора (3) и дополнительно фильтр-мешка (5).

6. Способ по любому из пп.1-3, в котором пар, выходящий из разделительного аппарата (3, 5) и предназначенный к возврату снова в турбосушилку (1), предварительно направляется через теплообменник (9), чтобы температура пара была в интервале 150-270°С, и в котором упомянутый, по меньшей мере, один разделительный аппарат (3, 5) состоит из циклонного сепаратора (3) и дополнительно фильтр-мешка (5).

7. Система для осуществления способа по п.1 и состоящая из турбосушилки (1) непрерывного действия, состоящей из цилиндрического трубчатого корпуса (19), снабженного нагревательной рубашкой (22), закрытого крышками (20, 21) по торцам, имеющего, по меньшей мере, одно впускное отверстие (23) для упомянутых твердых органических веществ в водной фазе или смешанной фазе и имеющего, по меньшей мере, одно выпускное отверстие (24) для упомянутого порошкового материала и пара и имеющего лопастное рабочее колесо (25), установленное соосно для вращения в нем; разделительного аппарата (3, 5), состоящего из циклонного сепаратора (3) и/или фильтр-мешка (5) для отделения порошкового материала от пара; вентилятора (7), установленного так, чтобы направлять выходящий из упомянутого разделительного аппарата (3, 5) пар на упомянутую турбосушилку (1) непрерывного действия, отличающаяся тем, что она содержит устройство (12) поддержания постоянного давления пара в системе путем отвода ниже упомянутого вентилятора (7) определенного количества упомянутого пара прежде, чем он подается в турбосушилку (1) непрерывного действия.

8. Система по п.7, состоящая также из теплообменника (9), установленного между упомянутым вентилятором (7) и упомянутой турбосушилкой (1) непрерывного действия, чтобы подогревать пар прежде, чем он подается обратно в упомянутую турбосушилку (1) непрерывного действия.

9. Система по п.7 или 8, состоящая также из установленного ниже упомянутого вентилятора (7) и упомянутого устройства (12) поддержания постоянного давления пара второго теплообменника (14) для рекуперации тепловой энергии упомянутого объема пара, отведенного из системы.

10. Система по любому из п.7 или 8, в которой упомянутое устройство (12) поддержания постоянного давления пара выполнено в виде клапана, соединенного с датчиком давления.

11. Система по любому из п.7 или 8, состоящая также из установленного ниже упомянутого вентилятора (7) и упомянутого устройства (12) поддержания постоянного давления пара второго теплообменника (14) для рекуперации тепловой энергии упомянутого объема пара, отведенного из системы, в котором упомянутое устройство (12) поддержания постоянного давления пара выполнено в виде клапана, соединенного с датчиком давления.

Описание изобретения к патенту

Область применения

Настоящее изобретение в широком смысле относится к способу сушки органических веществ в водных фазах или влажных органических веществ в эмульгированных органической и водной фазах.

В частности, изобретение относится к указанному выше способу сушки органических веществ при таких условиях, которые способны предотвратить инициирование взрывных реакций, возникающих в ходе сушки мелкоизмельченных органических порошков.

Известные способы сушки суспензий и подобных дисперсий органических веществ в водной фазе или в смешанной фазе путем нагревания в инертной атмосфере, обычно в азоте, как мере предосторожности от взрыва.

Пример такого способа раскрыт в патенте ЕР 0491247. В этом документе констатируется, что пара, получаемого при обычных способах сушки, недостаточно, чтобы полностью вывести систему сушки из-под угрозы. На самом деле паром не всегда можно обеспечить концентрацию кислорода ниже точки взрыва, поскольку явления подсоса системы или утечки воздуха могут вызвать существенное падение мгновенного объема пара, содержащегося в системе. Для предотвращения взрыва, согласно патенту, необходимо нейтрализовать систему посредством инертного газа.

Хотя цель и достигается, но такое решение проблемы повышает эксплуатационную стоимость системы из-за высокой цены инертных газов.

Таким образом, ключевой задачей этого изобретения является создание способа сушки органических веществ в водной фазе или в смешанной фазе (вода/органический растворитель), который позволит исключить все опасности взрыва при меньшей эксплуатационной стоимости системы сушки, нежели та, которая обеспечивается вышеупомянутыми известными способами.

Эта проблема решается, согласно изобретению, способом непрерывной сушки твердых органических веществ в водной фазе или смешанной (вода/органический растворитель) фазе, который включает стадии:

подачи непрерывного потока упомянутых веществ в сушилку непрерывного действия, чтобы получить из упомянутой сушилки непрерывный выходной поток высушенного порошкового материала и пара, температура которого выше 100°С;

подачи упомянутого непрерывного потока высушенного порошкового материала и пара в, по меньшей мере, один аппарат для отделения порошкового материала от пара;

выпуска из упомянутого аппарата непрерывного потока порошкового материала и непрерывного потока пара для рециркуляции в сушилку,

и отличается тем, что давление пара внутри упомянутой сушилки и упомянутого разделительного аппарата поддерживается постоянным и на таком уровне, чтобы обеспечить, по сути, полное отсутствие кислорода или невозможность воспламенения порошкового материала за счет непрерывного сброса ниже упомянутого разделительного аппарата объема пара, соответствующего объему пара, сгенерированному в упомянутой сушилке.

Этот объем сброшенного ниже разделительного аппарата пара перед стравливанием в воздух подается в конденсирующий аппарат - турбоконденсаторы и/или набивные колонны.

Выгодно, когда, по меньшей мере, часть этого объема пара до перегона в упомянутый конденсирующий аппарат направляется через теплообменник, чтобы получить теплую воду для заводских нужд и иных применений, например, для обогрева удаленных объектов.

Пар, выходящий из разделительного аппарата и возвращаемый затем в сушилку, сначала направляется в теплообменник, чтобы температура пара отвечала технологическим условиям и находилась, предпочтительно в интервале 150-270°С.

Предпочтительно, когда упомянутый, по меньшей мере, один разделительный аппарат состоит из циклонного сепаратора и, дополнительно, фильтр-мешка.

Предпочтительно, когда упомянутая сушилка непрерывного действия состоит из турбосушилки, которая состоит из цилиндрического трубчатого корпуса, снабженного нагревательной рубашкой, закрытого крышками по торцам, образованного с впускным и выпускным отверстиями, и с лопастным рабочим колесом, установленным соосно для вращения в нем.

Предпочтительно, когда упомянутый конденсирующий аппарат является турбоконденсатором, например, производства VOMM Impianti e Processi S.r.l., и описанным в патенте ЕР 0749772.

Это изобретение относится также к системе, осуществляющей описанный способ и состоящей из:

сушилки непрерывного действия, имеющей, по меньшей мере, одно впускное отверстие для упомянутых твердых органических веществ, диспергированных в водной фазе или в смешанной фазе, и имеющей, по меньшей мере, одно выпускное отверстие для порошкового материала и пара;

разделительного аппарата, состоящего из циклонного сепаратора и/или фильтр-мешка для отделения порошкового материала от пара;

вентилятора, установленного так, чтобы направлять выходящий из упомянутого разделительного аппарата пар на упомянутую сушилку непрерывного действия,

и отличающейся тем, что она содержит устройство поддержания постоянного давления пара в системе отводом ниже упомянутого вентилятора определенного количества упомянутого пара прежде, чем он подается в сушилку непрерывного действия.

Предпочтительно, когда система по изобретению содержит еще и установленный ниже упомянутого устройства поддержания постоянного давления пара второй теплообменник для рекуперации тепловой энергии упомянутого объема пара, отводимого из системы.

Выгодно, когда упомянутая сушилка непрерывного действия является турбосушилкой, состоящей из цилиндрического трубчатого корпуса, снабженного нагревательной рубашкой, закрытого крышками по торцам, образованного с, по меньшей мере, одним впускным и, по меньшей мере, одним выпускным отверстием, и имеющего лопастное рабочее колесо, установленное соосно для вращения в нем.

Основным преимуществом способа и системы по изобретению является то, что твердые органические вещества, содержащиеся в водной или смешанной фазах, могут быть высушены в дисперсный порошок без угрозы возгорания или взрыва благодаря создаваемой паром инертности на всех этапах процесса и строгому контролю давления пара.

Это достигается без необходимости вводить в систему дорогостоящие инертные газы.

Дополнительно, за счет описанной выше турбосушилки, энергобаланс изобретенного способа можно сделать весьма выгодным.

Способ по изобретению весьма универсален и может быть применен для сушки различных твердых органических веществ в водной фазе и/или в фазе вода/растворитель, таких как грязь от городской уборки, промышленные отходы, отходы сельскохозяйственного производства, свиноферм и иных животноводческих объектов, мицелий производств антибиотиков и т.д.

Иные особенности и преимущества способа и системы по изобретению станут понятны из следующего описания их реализаций, данного путем примеров, но не ограниченных ими, со ссылками на соответствующие чертежи, на которых;

Фиг.1 - общая схема системы для осуществления изобретенного способа,

Фиг.2 - схематическое представление турбосушилки, примененной в упомянутой системе.

Изображенная на Фиг.1 система, в которой осуществляется способ по изобретению, состоит из турбосушилки 1 непрерывного действия, соединенной с циклонным сепаратором 3 трубопроводом 2, сепаратор 3 соединен с фильтр-мешком 5 трубопроводом 4.

Трубопровод 6 соединяет фильтр 5 с вентилятором 7, последний соединен трубопроводом 8 с теплообменником 9, от которого трубопровод 10 ведет к турбосушилке 1 непрерывного действия.

Трубопровод 11 ответвляется от трубопровода 8 и снабжен устройством 12 поддержания постоянного давления пара, которое выполнено в виде клапана, соединенного с датчиком давления и устройством управления (не показаны).

Трубопровод 11 ведет к турбоконденсатору 16, выход которого соединен трубопроводом 17 с дополнительным аппаратом очистки потока газа.

Трубопровод 13 ответвляется от трубопровода 11 и соединен со входом теплообменника 14, выход последнего соединен обратно с трубопроводом 11 посредством трубопровода 15.

Клапан 18, соединенный с датчиком температуры и устройством управления, установлен в той части трубопровода 11, которая проходит ниже отходящего трубопровода 13 и выше отходящего трубопровода 15.

На Фиг.2 схематически показан предпочтительный вариант сушилки непрерывного действия, используемой в способе по изобретению.

Это турбосушилка 1, состоящая из цилиндрического трубчатого корпуса 19, закрытого крышками 20, 21 по торцам и снабженного соосной нагревательной рубашкой 22, в которой протекает жидкость, например диатермическое масло или пар.

В трубчатом корпусе 19 имеется впускное отверстие 23 для потока органических веществ, диспергированных в водной фазе или в смешанной фазе, и выпускное отверстие 24 для порошкового материала, образовавшегося в результате процесса сушки.

Лопастное рабочее колесо 25 установлено в трубчатом корпусе 19 с возможностью вращения, лопатки 26 этого рабочего колеса установлены по спирали, чтобы одновременно центрифугировать и перемещать осушаемый материал к выходу. Приводной электродвигатель М вращает рабочее колесо 25 со скоростью от 200 до 1500 об/мин, предпочтительно со скоростью 400-600 об/мин.

В турбосушилке может быть более одного впуска, что определяется условиями применения.

Когда используется описанная выше турбосушилка, способ по изобретению осуществляется нижеприведенным образом.

Поток органических веществ вышеуказанного типа, например, сбрасываемая утилизационным устройством грязь с влагосодержанием 60-80%, непрерывно подается в турбосушилку 1 через впускное отверстие 23. С момента поступления в турбосушилку грязь центрифугируется лопатками рабочего колеса на нагретую внутреннюю стенку и одновременно продвигается к выпуску за счет спиралеобразной установки лопаток.

Вода, содержащаяся в грязевом растворе, попадая под центробежным воздействием лопаток рабочего колеса на нагретую до высокой температуры стенку трубчатого корпуса, мгновенно испаряется.

Кроме того, большая часть воды в твердых частицах грязи будет удалена из них в виде пара за счет высокого уровня тепловой энергии, передаваемой от нагретой стенки трубчатого корпуса, и высокого уровня кинетической энергии, сообщаемой лопатками рабочего колеса. После выдержки, длящейся от 15 до 180 секунд, непрерывный поток порошка с пониженным содержанием влаги (приблизительно 10%) и пар будет отведен из турбосушилки.

Этот непрерывный поток отводится через выпускное отверстие 24 и подается по трубопроводу 2 в циклонный сепаратор 3, где грязь, иссушенная к этому моменту в порошок, отделяется от пара. Порошок выгружается через клапан VI и подается на утилизацию обычным способом или к дальнейшей переработке (например, брикетированию), а пар отводится по трубопроводу 4 в фильтр-мешок 5, где остатки порошка окончательно улавливаются. Эти остатки затем выгружаются через клапан V2 для такой же переработки, как и порошок, выгружаемый из циклона.

Пар оттягивается вентилятором 7 в трубопровод 6 и подается по трубопроводу 8 в теплообменник 9, где температура пара доводится до требуемой по технологии процесса (между 150°С и 270°С) до подачи в турбосушилку 1 по трубопроводу 10.

Часть пара вентилятором 7 направляется в трубопровод 11 через устройство 12 поддержания постоянного давления пара, которое выполнено в виде клапана, управляемого датчиком давления и устройством управления, чтобы обеспечивать поддержание одинакового давления пара во всей системе. Практически упомянутый клапан используется для сброса из контура, образованного трубопроводами 2, 4, 6, 8 и 10 и аппаратом, установленным между ними, объема пара в единицу времени, равного объему пара в единицу времени, генерируемому в турбосушилке.

Объем пара, отведенного из упомянутого контура, затем подается по трубопроводу 11 в турбоконденсатор 16 и по трубопроводу 17 в дополнительный аппарат (не показан) для дополнительной очистки перед стравливанием в воздух.

Эта часть пара также используется для рекуперации тепловой энергии упомянутого объема пара в теплообменнике 14 для получения подогретой воды, установленном ниже вентилятора 7 и устройства 12 поддержания постоянного давления пара. Поток пара отсекается клапаном 18 на заданной высоте трубопровода 11 по трубопроводу 13 и направляется в теплообменник 14, из которого выходит по трубопроводу 15 и далее по трубопроводу 11, проходящему ниже клапана 18.

Скорость грязи или других твердых органических веществ в водной фазе или в смешанной фазе на входе в турбосушилку обычно составляет от 15 до 2500 кг/час, в зависимости от производительности системы.

Температура стенки поддерживается, предпочтительно, около 150°С-280°С, а среднее время нахождения грязи или диспергированного твердого органического вещества в турбосушилке обычно составляет от 15 секунд до 3 минут.

Пример

Применялся аппарат, описанный выше и работавший по способу этого изобретения. Грязь, сбрасываемая утилизационным устройством системы обработки сточных вод с влагосодержанием около 70%, непрерывно подавалась в турбосушилку 1 со скоростью 2000 кг/час.

Температура внутренней стенки цилиндрического трубчатого корпуса 19 поддерживалась на уровне приблизительно 160°С за счет циркуляции пара в нагревательной рубашке 22, скорость вращения лопастного рабочего колеса 25 поддерживалась постоянной на уровне 350 об/мин.

После в среднем 180-секундной выдержки в турбосушилке Т поток порошкового материала и пар непрерывно отводились и подавались в циклонный сепаратор 3, откуда через клапан VI сбрасывалась большая часть порошкового материала (с содержанием влаги около 7%), а пар и меньшая часть порошкового материала, унесенная потоком пара, отводились по трубопроводу 4 в фильтр-мешок 5. В нем остаточный порошковый материал отделялся от пара, порошковый материал удалялся через клапан V2, а пар стравливался по трубопроводу 6.

Затянутый вентилятором пар направлялся большей частью в теплообменник 9, где он нагревался до температуры около 200°С перед возвратом в турбосушилку 1.

Идущая от вентилятора 7 часть пара, соответствующая объему, сгенерированному в единицу времени в турбосушилке 1, направлялась по трубопроводу 11, под контролем клапана 12 и пригодного для этих целей устройства контроля и регулирования давления, через теплообменник 14 в турбоконденсатор 16.