Ротационный воздухораспределитель для обработки слабо сыпучих материалов в псевдоожиженном слое
. Недостатком при этом является сложное устройство для прерывистой подачи воздуха, который, кроме того, вводится все время в одном месте. 20 Если необходимо реализовать более высокие скорости ожижающего воздуха, то система подачи и распределения воздуха становится еще более сложной. В DD-PS103 460 описывается устрой-25 ство для псевдоожиженид стандартного крахмала без вспомогательных ожижающих средств. Стандартный крахмал образует такие слабо сыпучие груды, для которых гомогенное псевдоожиже- ЗО СЛОЕ ние обычными способами не представляется возможным. Согласно DD-PS103 460 ожижающий воздух вдувается в сыпучий материал с помощью ротационного напольного воздухораспределителя. Последний состоит из воздушного короба , распределительной головки с уплотнениями и некоторого количества, распределительных трубок, а также связанного с распределительной головкой приводного вала, через который приводится от двигателя воздухораспределительное устройство. Распределительная головка располагается в центре напольной части устройства. Распределительные трубки доходят до внутренней стенки цилиндрической части аппаратуры с псевдоожижеиным слоем. Каждая отдельная распределительная трубка снабжена по всей длине продольным шлицом или большим количеством мелких, плотно прилегающих друг к другу отверстий, через которые завихренный воздухпоступает в сыпучий материал. Благодаряэтому активная часть распределительной трубки при одном обороте воздухораспределителя обходит всю поверхность пола аппаратуры с псевдоожиженным слоем. ольф, Фишер Хорст, Фрейе ФФБ Цукер-унд Стэркеин Иностранцы и Лейсснер Март (ГДР) Иностранное предпри (ГДР)
Союз Советскмя
Социалистическик
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (щ1000707 (89) 140635 ГДР (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 12. 04, 78 (21) 7770157/24-06 (51)hA Кп з (23) Приоритет— (32) 12 . 05 . 77
F 26 В 17/10
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (31) HP F 26 В/198893 (33) ГДР
Опубликовано2802.83. Бюллетень йо 8 (53) УДК66. 047 . 755 . .451 (088. 8) Дата опубликования опнсанмя 280283 (72) Авторы изобретения
Иностранцы
Ширнер Рольф, Фишер Хорст, Фрей и Лейсснер Мар (ГДР) Иностранное предпри
"ФФБ Цукер-унд Стэркеин (ГДР) (71) Заявитель (54) РОТАЦИОНН61Й ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ
СЛАБО СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ
СЛОЕ
Изобретение касается ротационного воздухораспределителя для обработки слабо сыпучих материалов в псевдоожиженном слое, в особенности порошкооб- 5 разных или сыпучих материалов с влажной поверхностью. Изобретение может применяться в таких процессах, как, например, охлаждение, сушка, процессы смешивания и реакции. 10
Известны метод и устройство, когда через входные отверстия для воздуха, входящие вблизи земли, в сыпучий материал прерывисто вдувается воздух (Chem.-lng.-tech. 32, 1960, 4, 253257) .
Недостатком при этом является сложное устройство для прерывистой подачи воздуха, который, кроме того, вводится все время в одном глесте.
Если необходимо ре али зов ать более высокие скорости ожижающего воздуха, то система подачи и распределения воздуха становится еще более сложной.
В 00-PS103 460 описывается устрой-2с ство для псевдоожижения стандартного крахмала без вспомогательных ожижающих средств. Стандартный крахмал образует такие слабо сыпучие груды, для которых гомогенное псевдоожижение обычными способами не представляется возможным. Согласно DD- PS103
460 ожижающий воздух вдувается в сыпучий материал с помощью ротационного напольного воздухораспределителя.
Последний состоит из воздушного короба, распределительной головки с уплотнениями и некоторого количества распределительных трубок, а также связанного с распределительной головкой приводного вала, через который приводится от двигателя воздухораспределительное устройство. Распределительная головка располагается в центре напольной части устройства.
Распределительные трубки доходятдо внутренней стенки цилиндрической части аппаратуры с псевдоожиженным слоем. Каждая отдельная распределительная трубка снабжена по всей длине продольным шлицом или большим количеством мелких, плотно прилегающих друг к другу отверстий, через которые завихренный воздух поступает в сыпучий материал. Благодаря этому активная часть распределительной трубки при одном обороте воздухораспределителя обходит всю поверхность пола аппаратуры с псевдоожиженным слоем. в
1000707
Неизменное уДельное распределение воздуха, отнесенное к радиусу напольной части, и эквивалентное распределение воздуха, отнесенное к площади напольной части, может быть достигнуто путем расположения шлицов с одина- ковой шириной или отверстий с одинаковым диаметром, или же расположения расширяющегося к периферии шлица или отверстий с увеличенным диаметром на воздухораспределительной трубке в 10 радиальном направлении.
Однако описанное в 00-PS103 460 приспособление для распределения воздуха имеет в принципе целью точное распределение псевдоожиженного слоя. 15
Независимо от намечаемого распределения воздуха всегда возникает уже описанное (Chem Tech 22, 1970, 3, с. 140-144) падение плотности и постоянно циркулирующий.псевдоожиженный слой. Отсюда очевидно, что описанные меры по распределению воздуха эффективны только в ограниченной степени. Перепад плотности и постоянно циркулирующий псевдоожиженный слой 25 возникают потому, что оканчивающиеся у распределительной головки распределительные трубки имеют здесь наименьшую окружную скорость. Поэтому внутренние активные части распределительных трубок объединяются и действуют как один стационарно установленный воздушный канал.
4Я (<<Я<0,5(3, Коэффициент К может принимать значение от 5 до 16 и зависит, помимо прочего, от выходной скорости частичного потока воздуха, высоты псевдоожиженного слоя и гидродинамики псев доожиженного слоя.
Расположение всех выходных отверстий для воздуха на воздухораспределительном устройстве характеризуется далее эквивалентным радиусом r „ .
Он определяется как сумма расстояний выходных отверстий для воздуха от центра, деленная на количество воздухораспределительных элементов. Эквивалентный радиус расположения воздухораспределительных элементов по спирали Архимеда составляет приблизительно 0,5 г и представляет собой приблизительно установленную, согласЕсли. аппаратура с псевдоожиженным слоем с описанным распределением воз-Ç5 духа работает со сравнительно высокой скоростью ожижающего воздуха, то качество псевдоожиженного слоя резко ухудшается. Образуется фонтанирующий слой с пневматиче ски подающим выпуск- 49 ным каналом. При переходе от циркулирующегоо псе вдоожиже н но ro слоя к фонтанирующему слою вынос скачкообразно возрастает, повышение скорости ожижающего воздуха не приводит к эк- 4 вивалентному повышению теплопередачи между поверхностью теплообмена и слоем. фонтанирующий слой характеризуется далее экстремальными перепадами плотности, из-за чего расположенные в фонтанирующем слое встроенные детали, такие, например, как нагревательные или холодильные трубки, могут нарушать его до такой степени,-что циркуляция будет парализована, и нетермостойкие материалы могут спекать-" ся и возгораться.
Другой недостаток заключается в том, что относительно малые сечения выходных отверстий склонны к быстрому засорению.
Цель изобретения состоит в расширении области применения обработки сыпучих материалов в псевдоожиженном слое, обеспечении надежного иапользования внутренних нагревательных или 65 охлаждающих поверхностей и улучшении их действенности, а также в повышении технико-экономической эффективности решаемой технологической задачи с меньшими энергетическими и техническими затратами.
В основе изобретения лежит задача создать рот ационный воздухораспределитель, с помощью которого удалось бы так улучшить распределение и ввод потока воздуха, чтобы эффективно исключить взаимное влияние и совместное воздействие воздушных выходных отверстий в качестве причины образования стационарно циркулирующих псевдоожиженных слоев и фонтанирующих слоев эффективным образом.
Согласно изобретению задача решается тем, что располагается несколько радиально направленных воздухораспределительных трубок, каждая из которых имеет выходное отверстие для частичного потока воздуха, различные перекрывающиеся делительные окружности которых имеют эквивалентные радиусы г от 0,5 до 1г,преимущественно от 0,6 до 0,9r,при этом межцентровое расстояние а двух соседних выходных отверстий выбрано согласно соотношению причем коэффициеыт К удовлетвбряет соотношению 5 (К < 16, где cl — межцентровое расстояние двух соседних выхлопных отверстий для воздуха, м;
К вЂ” коэффициент распространения воздушных струй;
А — общая площадь выходных отверстий для воздуха, м
2, количество выходных отверстий для воздуха или воздухораспределительных трубок, диаметр площади основания аппаратуры с псевдоожиженным слоем, м.
1000707 но изобретению, нижнюю границу среднего удаления всех выходных отверстий для воздуха от центра вращения воэдухораспределительного устройства.
Верхняя граница эквивалентного ра. диуса составляет 1r предпочтитель ная область лежит между 0,6 и 0,9 r.
Длина воэдухораспределительных элементов устанавливается путем определения расстояния выходных отверстий для воздуха от центра вращения воэ- 10 духораспределительного устройства.
Удачным оказывается расположение на 1 м основания от 4 до 55 частичных выходных отверстий.
Согласно одному иэ вариантов осу- 15 ществления общая площадь выходных отверстий для частичных потоков воздуха принята 0,005 м на 1 м2 основания и 0,004 м на 1 м основания.
С увеличением радиуса удельное ко-р0 личество выходных отверстий на 1 м основания аппаратуры с псевдоожиженным слоем может быть значительно снижено, так что удельное количество выходных отверстий находится приблизи- 25 . тельно в обратной пропорциональной зависимости от диаметра аппаратуры.
Это соответствует "живому сечению сита" всего лишь от 0,5 до 4%, благодаря чему существенно облегчается распределение необходимого количества воздуха по сравнению с применявшимися до сих пор устройствами с псевдоожиженным слоем.
Целесообразно применять скорости 35 частичных потоков воздуха из выходных отверстий между 20 и 100 м/с.
Для большого числа слабо сыпучих материалов необходима скорость от 35 до 80 м/с. Это соответствует скорос- 40 ти воздуха в исходной точке воздуш-. ной струи, которая в 5-200 раз выше скорости взвешивания отдельного зерна.
В соответствии с одним из вариан- 45 тов осуществления окружная скорость вращающегося воздухораспределителя предусмотрена от 0,3 до 6 г /с.
При ожижении черезвычайно тонкопорошковых материалов предпочитают50 ся высокие выходные скорости воздуха.
С помощью воэдухораспределителя, согласно изобретению, ожижающий агент разлагается на ограниченное число отдельных потоков, и каждый иэ этих отдельных потоков вводится локализовано в данный момент времени. Отдельные потоки заполняют с ограничением по времени и месту ожижаемый материал.
Таким образом, создается опреде- 60 ленное количество дискретных циркуляционных слоев, соответствующее количеству отдельных воздушных потоков.
Они существуют благодаря вращательному движению воздухораспределителя 65 относительно неподвижной точки основания аппаратуры с псевдоожиженным слоем лишь кратковременно, т.е. на каждом радиусе, отнесенном к выходному отверстию воздухораспределителя, постоянно образуются дискретные циркуляционные слои.
Возникающие на каждом радиусе дискретные циркуляционные слои образуют в вертикальном направлении полый цилиндр, толщина стенки которого приблизительно соответствует мгновенной зоне действия выходного отверстия частичного воздушного потока вблизи дна.
Поскольку мгновенные зоны действия отдельных воздушных потоков не проникают друг в друга, образуется, исходя из каждого выходного отверстия, дискретный, типичный для циркуляционного слоя перепад плотности. Благодаря ему в рамках дискретного циркуляционного слоя создается циркуляционное движение. Вследствие изменения места расположения выходных отверстий вдоль окружности, отнесенного к выходному отверстию частного радиуса, остоянно возникает новый дискретный иркуляционный слой в действующем кольце делительной окружности.
Ожижающий воздух воздействует, таким образом, всегда на области с зернами, имеющими тенденцию к падению. Ускоряющие силы, обусловленные ограниченным по месту выходящим воздухом, компенсируются при этом в направлении движения мест выхода частичных потоков воздуха нисходящим потоком продукта, нисходящая тенденция потока продукта на время действия ожижающего воздуха превращается в восходящую и достигается интенсивное псевдоожижение с постоянно меняющимся главным направлением .обмена.
Ожижающий воздух подается тонкой струей под прямым углом или под углом до ЗОО к днищу резервуара. При встрече воздушной струи с. днищем резервуара он широко разворачивается в виде веера, Отражается и отклоняется. При этом воздух перемешивается с находящимся в аппарате сыпучим материалом и образует в вертикальном направлении уже описанный дискретный циркуляционный слой. Зона воздействия воздушной струи приблизительно иден- тична зоне отражения.
Поскольку решение, согласно изобретению, является гибким, путем его применения можно решить большое количество технических задач. Большая гибкость достигается путем выбора окружной скорости воздухораспределителя, заданием размеров выходных мест частичных потоков воздуха и скорости истечения воздуха.
В зависимости от того, как выбраны окружная скорость воздухораспреде7, 1000707 фельным крахмалом и пищевой поваренной солью.
В аппаратуру с псевдоожиженным слоем с диаметром 1,2 м загружаются
962 кг молотого сухого пищевого картофеля, 273 кг стандартного картофельного крахмала и 65 кг пищевой поваренной соли. Уже во время заправки через воздухораспределитель с 8 отдельными трубками вращающийся со скоростью 60 об/мин подается ох<ижающий воздух.
Скорость ожижающего воздуха составляет 0,32 м/с. Смесь по окончании загрузки практически является гомогенной.
Процесс перемешивания заканчивается по истечении дополнительных 20 с для обеспечения надежности.
Обработка материала с влажной поверхностью также не связана с затруднениями. Комки материала очень быстро разбиваются циркулирующими по круговой орбите дискретными циркуляционными слоями, и материал с влажной поверхностью интенсивно перемешивается с имеющимся материалом. Такая о6работка описана в следующем примере.
Пример 2. Изготовление экстрагированной мочевинной свекловичной стружки.
В аппаратуру согласно примеру 1 в псевдоожиженную со скоростью ожижающего воздуха 1 м/с экстрагируемую свекловичную:стружку подается 20Ъ-ный водный раствор мочевины, в соответствии с имеющимся количеством.
Диаметр частиц экстрагируемой свек ловичной стружки лежит между 0,1-4 мм. Несмотря на большие различия в размерах частиц и относительно высокое содержание воды слой не регрессирует.
Кроме того, возможно монтировать в псевдоожиженном слое сложные встроенные элементы, например, трубы, не нарушая качества этого слоя. В процессах сушки благодаря этому соотношение между конвективным и контактным теплом может быть сдвинуто в пользу контактного тепла. Ожижающий воздух в этом случае наряду с достижением желаемой гидродинамики имеет еще задачу удалять влагу, выделяющуюся в процессе сушки. Потери тепла тем самым снижаются. лителя, расположение мест выхода воздуха по отношению друг к другу, а также размеры мест выхода воздуха на воздухораспределительных элементах, получается характерная форма псевдоожиженного слоя. 5
Так, например, путем изменения окружной скорости воздухораспределителя можно оказывать влияние на формирование вихревого слоя.
При низкой окружной скорости ис- 10 ходящие из воздушных выходных отверстий дискретные циркуляционные слои проникают до поверхности слоя. Псевдоожиженный слой характеризуется сильным вертикальным перемешиванием. 15
При более высоких окружных скоростях ускоряющие силы выходящего из отдельных отверстий ожижающего воздуха компенсируются уже в нижних зонах псевдоожиженного слоя, так что этот слой при прочих равных условиях характеризуется спокойным кипением.
На фиг.1 изображена комплектная аппаратура с псевдоожиженным слоем с воздухораспределителем; на фиг.2 донная часть с воздухораспределителем; на фиг.3 — вариант исполнения воздухораспределителя с донной частью; на фиг.4 — аппаратура с псевдоожиженным слоем со встроенными узлами, вид спереди.
Аппаратура с псевдоожиженным слоем в комплекте состоит из цилиндрического корпуса с оболочкой 1 и дон,ной плиты 2, а также впускного и выпускного штуцеров (фиг.1). Под доннойз плитой 2 расположен воздушный короб
7. Внутри корпуса на донной плите 2 предусмотрена распределительная головка 4 вращающаяся на валу 3. Распределительная головка 4 несет гори- 40 зонтально расположенные воздухораспределительные трубки 5 с отверстиями выхода воздуха б.
Фиг.2 и 3 показывают размещение воздухораспределителя на донной пли- 45 те 2. В этом иэображении показано межцентровое расстояние с двух соседних выпускных отверстий 6 и ширина В кругового кольца.
Фиг.4 показывает вариант исполнения сушилки. Существенными элементами этой сушилки являются донная плита 2, согласно фиг.3, обогреваемый двойной кожух, обогреваемый внутренний теплообменник лежащие над псевЮ
55 доожиженным слоем устройство подачи продукта и устройство выноса продукта.
Ожижающий воздух обеспыливается н циклоне, а подлежащий возврату мате-. 60 риал через лопастной шлюзовой затвор.или другой подобный запорный орган возвращается обратно.
Пример 1. Смешивание молотого сухого пищевого картофеля с карто-65
Особенно благоприятно сказывается снижение трудностей ограничения псевдоожиженного слоя при работе с инертными газами или перегретыми парами растворителей.
П р е р 3. Сушка стандартного картофельного крахмала в гигроскопической области.
Устройство можно применять с хорошими результатами для сушки стандартного картофельного крахмала в гигроскопической области.
1000707
Для этого непрерывно з агружают
5,625 кг/ч стандартного картофельного крахмала с исходным содержанием влаги х =0,25 кг 820/кг крахмала и исходной температурой 20 С. Поток ожижающего воздуха с помощью воздухораспределителя, вращающегося со ско;ростью 40 об/мин, грубо подразделя ется на 6 отдельных воздушных потоков. Скорость ожижающего воздуха составляет 0,73 м/с, а свободное пространство над вихревым слоем (сепарационное пространство) — 1,1 высоты псевдоожиженного слоя.
B качестве теплоносителя служит пар с температурой 195 С. 15
Сумма всех непосредственно соприкасающихся с псевдоожиженным слоем периферийных и внутренних площадей нагрева составляет 18,7 м
Загруженный материал удаляется Я о из аппаратуры с температурой 100 С и практически обезвожен. Созданный тепловой поток характеризуется коэффициентом теплоотдачи k=667 êêàë/м РС.
На килограмм испаренной воды расходу- 25 ется 887 ккал.
Формула изобретения
1 ° Ротационный воздухораспределитель для обработки слабо сыпучих материалов в псевдоожиженном слое,о тл и ч а ю шийся тем, что расположено несколько радиально направлен-З5 ных воздухораспределительных трубок, каждая из которых имеет выходное отверстие для частичных воздушных потоков, различные перекрывающиеся делительные окружности которых имеют эк вивалентные радиусы r><+ от 0,5 до 1r, преимущественно от 0,6 до
0,9, при этом межцентровое расстоя-! ние двух соседних выходных отверстий выбрано согласно соотношению л 4>40,5d t
Г4А причем коэффициент удовлетворяет соотношению 5 4 К < 16, где а — межцентровое расстояние двух соседних выходных отверстий для воздуха, м, К вЂ” коэффициент распространения воздушных струй;
А — общая площадь выходных отверстий для воздуха, м
2. ,п — количество выходных отверстий для воздуха или воздухораспределительных трубок, d — диаметр площади основания аппаратуры.с псевдоожиженным слоем, м.
2. Воздухораспределитель по п.1, отличающийся тем, что на 1 м основания приходится от 4 до
55 выходных отверстий для частичных воздушных потоков.
3. Воздухораспределитель по пп.1 и2,отличающийся тем, что общая площадь выходных отверстий составляет 0,005 м2 на 1 м2 основания и 0,004 м на 1 м основания.
2 2
4. Воздухораспределитель по пп.1-3, отличающийся тем, что количество мест выхода частичных воз— душных потоков приблизительно пропорционально радиусу воэдухораспределительного устройства.
Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Германской
Демократической Республики.
1000707
1000707
Составитель Н. Исаченко
Редактор П.Макаревич ТехредЛ.Пекарь КорректорО. Билак
Заказ 1348/36 Тираж 685 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4
