Способ удаления жидкости из влажного материала

 

Использование: сушка сыпучих материалов в вихревом слое. Сущность изобретения: осуществляют удаление жидкости из влажного материала путем создания в последнем при помощи механического перемешивания вихревого слоя и организации циркуляции последнего в вертикальном и тангенциальном направлениях. При этом осуществляют продувку вихревого слоя предварительно нагретым газом до частичного насыщения его парами удаляемой из материала жидкости с последующим удалегнием пара из отходящего газа. Перед продувкой вихревого слоя нагретым воздухом часть жидкости удаляют вакуумированием слоя при одновременном отводе полученного пара. 12 з.п. ф, 5 ил.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l 9) (И) (st)s F 26 В 3/06

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4613371/06 (22) 02.02.89 (46) 07.05,93. Бюл. N 17 (31) P 3803109.4 (32) 03.02 88 (33) DE. (71) Машиненфабрик Густав Айрих (DE) (72) Херберт Дюрр (0Е) (56) Романков П.Г., Рашковская Н Б; Сушка во взвешенном состоянии, М.: Химия, 1979, с.129-130, рис. I I I.16. (54) СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ ИЗ

ВЛАЖНОГО МАТЕРИАЛА (57) Использование: сушка сыпучих материалов в вихревом слое, Сущность изобретеСпособы сушки влажных материалов давно известны и уже применяются на прак- тике.

В основе изобретения лежит задача создания способа, в котором отсутствуют указанные недостатки и процесс сушки осуществляется за короткое время с маг-ым потреблением энергии.

Способ удаления жидкости из влажного материала в вихревом слое отличается тем, что материал перемешивается в циркулирующем вихревом слое, приводимом в движение механическим. способом с помощью перемешивающего устройства, на первом этапе процесса жидкость частично испаряе(ся при использовании теплового потенциала влажного материала при пониженном давлении по сравнению с атмосферным давлением, на втором конечном этапе нагретый газ подается через вихревой слой и за ния: осуществляют удаление жидкости из влажного материала путем создания в последнем при помощи механического перемешивания вихревого слоя и организации циркуляции последнего. в вертикальном и тангенциальном направлениях. При этом осуществляют продувку вихревого слоя предварительно нагретым газом до частичного насыщения его парами удаляемой из материала жидкости с последующЪм удале,нием пара иэ отходящего газа. Перед продувкой вихревого слоя нагретым воздухом часть жидкости удаляют вакуурированием слоя при одновременном отводе полученного пара. 12 з,п. ф, 5 ил. счет насыщения газа паром процесс сушки . завершается.

Для описанного способа решающее преимущество заключается в том, что в циркулирующем вихревом слое процесс испарения жидкости может происходить спонтанно при соответствующем понижении давления беэ подвода энергии извне, т,е, при устранении всех указанных недостатков передачи тепла через стенку, так как каждая частица уже обладает энергией, необходимой для испарения, и через вихревой слой обеспечивается свободный выход пара. Как только количество энергии для дальнейшего испарения жидкости в значительной степени уменьшается, то до.полнительную энергию не подают за счет нагревания оболочки бака перемешивающего устройства, а процесс сушки в условиях вакуума прерывается и переключается на процесс сушки путем продувания. Для этого нагретый газ подается через вихревой слой.

При этом нагретый газ отдает энергию в перемешиваемый материал и насыщается частично (в идеальном состоянии полностью) парами удаляемой жидкости. Путем подачи газа непосредственно в механически приводимый вихревой слой можно производить работу с оптимальными скоростями газа, так как производительность вихревого слоя не зависит о» качества и скорости газа. Помимо этого возникает дополнительное преимущество в том, что скорость газа, соответственно количество газа можно оптимальным образом привести в соответствие к процессу сушки. Из физических соображений облегчается то, что при заданной относительйой влажности газа,используемого для сушки, количество отводимого пара зависит по существу только от температуры газа, соответственно от способности eta к насыщению и от подвода энергии за счет тепловой энергии газа. С этим создаются идеальные предпосылки для того, чтобы точно согласовать друг с другом температуру, количество, относи.тельную влажность газа перед использованием его в процессе сушки.

Тепловой потенциал может возникать за счет предшествующего нагревания материала и/или за счет нагревания материала вследствие Неремешивания его в перемешивающем устройстве. Целесообразно, чтобы вихревой слой двигался с вертикальной и тангенциальной компонентной скоростью.

Газ, применяемый для сушки, вводится .в область замкнутого круглого движения, перед использованием в процессе сушки нагревается в теплообменнике и после частичного насыщения паром удаляемой жидкости подвергается конденсации. В рамках другой формы реализации способа используется для промывки та же самая жидкость, которая содержится в материале. Целесообразно, чтобы во время процесса,промывания, соответственно прямой конденсации циркулирующий газ охлаждался жидкостью с более низкой температурой и освобождался от пара в состоянии насыщения, соответствующем новому уровню температуры, Замкнутое круговое движение газа имеет среди прочих решающее преимущество в том, что можно предотвратить эмиссию в окружающее пространство и что, кроме того, требуется только частично освобождение газа от пара.

В смысле другой формы реализации способа предлагается, чтобы жидкость, используемая в качестве промывочной жидко14719 4

t сти, охлаждалась при собственно круговом движении до температуры, требуемой для конденсации пара. При этом можно за счет. применения холодных добавок снизить за короткое время температуру жидкости от точки замерзания до любого уровня. С этим можно регулировать оптимальным образом температуру газового потока и конденсации пара, содержащегося в нем.

Хорошее воздействие оказывает также то, что подается дополнительная энергия во вращающийся газовый поток, перед входом в вихревой слой, пока недостаточна подача тепла из энергетического потенциала

15 потока, идущего из вихревого слоя. Дополнительная энергия, необходимая для испарения, получается в виде тепла от трения за счет управления круговой скоростью вихревого слоя. Это можно было бы осуществить

20 за счет регулирования числа оборотов в за висимости от необходимого потребления энергии. С этим связано решающее преимущество в том, что необходимая тепловая энергия поступает непосредственно во влажный материал, Вследствие этого предотвращаются местные перегревы материала, Соответственно улучшается процесс теплопередачи. Это приводит к равномерному удалению жидкости из всех частиц маЗО териала, Энергия, необходимая для нагревания, приобретается из энергетического потенциала газового потока, идущего из вихревого слоя, за счет охлаждения и конденсации пара и снова отдается непосредственно тепловым насосом охлажденному газовому потоку, Как уже упоминалось, процесс испарения связан с наличием скрытой тепловой энергии, соответственно с подводом энер40 гии. Для этой цели газовый поток целесообразно нагреть перед подачей в вихревой слой. При освобождении газа от паров жидкости энергия освобождается. Эту энергию можно было передать без потерь, для чего

45 можно было бы предусмотреть непосредственный теплообмен в теплообменнике.

Вместо этого предлагается снова передавать освобождающуюся энергию посредством теплового насоса газовому потоку после конденсации перед входом в вихревой слой, Таким образом получается существенная добавка энергии и предотвращается дойолнительная нагрузка на окружающую среду.

5 В качестве газа. подаваемого в круговое движение может быть использован инерт1 ный газ, например азот, углекислый газ или подобный газ. Это дает дополнительное преимущество в том, что можно исключить опасность взрыва. Инертный газ целесооб1814719 разно подавать в таком количестве, чтобы не доходить до границ взрывоопасной зоны.

При этом максимально допустимое содержание кислорода контролируется анализатором кислорода и при необходимости вводится дополнительная доза инертного газа. Благодаря этому достигается преимущество комбинированного применения вакуума при сушке, применения продувания и применения инертного газа для продувания. При применении инертного газа можно существенно снизить риск разрыва, так что можно отказаться от дополнительных мер защиты.

Наиболее целесообразно из экономических соображений и соображений экономии времени определить временную точку переключения процесса сушки при пониженном давлении на сушку путем продува. Эту точку переключения можно определить по известному рецепту, например просто установить в зависимости от времени, Более разумным является определение изменения температуры перемешиваемого материала, чтобы сразу после выхода процесса из оптималь-. ного температурного диапазона произвести переключение на процесс сушки путем продувания. Для этого лучше всего, поскольку измерение температуры всегда связано с проблемой передачи тепла к температурному датчику, непрерывно измерять абсолютное давление внутри полости реремешивающего устройства. С использоВанием значения абсолютного давления

«рожно рассчитать Соответствующую температуру равновесия смеси пар-газ и осуществить переключение. Можно вместо измерения абсолютного давления измерять приращение по времени конденсата в баке.

Процесс приближения кривой образования конденсата к асимптоте определяет временную точку переключения процесса сушки при пониженном давлении на процесс сушки путем продувания. Процесс образования конденсата по времени Mo>KHQ рас4 считать на ЭВМ и с этим автоматически произвести переключение, Дополнительное преимущество получается в том, что как поток низкого давления, идущий из вихревого слоя, так и поток, насыщенный паром, проходит через один и тот же фильтр.

Вариант реализации изобретения предусматривает, что поток газа направляется через вихревой слой с пониженным давлением. Это дает преимущество в том, что можно производить сушку при более низком уровне температуры за счет более ран- него закипания жидкости. Кроме того, имеет смысл пропускать поток газа через вихревой слой с давлением, большим атмос- ферного давления, За счет этого процесс сушки ускоряется, так как газ, находящийся под более высоким давлением. может при5 нять большее количество пара, число циркуляций газа через систему может быть существенно снижено.

На фиг.1 изображена схема циркуляции для одной из форм реализации способа со10 глэсно изобретению; на фиг.2 - часть установки для сушки способом продувания с тепловой связью через тепловой насос; на фиг,3 — бак для сбора конденсата с измерите lbHMM устройством количества конденса15 та; на фиг.4 — схема контура регулирования для поддержания давления в системе; на фиг.5 — схема циркуляции для другой формы исполнения способа согласно изобретению.

На фиг:1 показано герметичное переме20 шивающее устройство 1, необходимое для реализации метода, трубопровод 2 продукта с запирающим клапаном 3, Вихревой слой образуется с помощью привода 4 перемешивающим механизмом (не показан), На

25 верхнем конце головки перемешивающего устройства установлен фильтр 5 для выпара, Между фильтром и баком, в котором производиться перемешивэние, находится клайэн 6, Корпус фильтра снабжен двойной

30 рубашкой 7для подачи горячего тела штуцера Я и отвода горячего тела через штуцер 9 соответственно в случае нагревания паром для слива конденсата через трубопровод 10, При работе в режиме вакуумирования внут35 ренняя полость перемешивающего устройства связана через трубопровод 11 (соответственно 11 ) с помощью клапана 12 с конденсатором 13. Конденсатор обтекается через подводящие и отводящие трубки 14

40 и 15 охлаждающим средством. Вакуумный насос 16 связан с внутренней полостью конденсатора, через которую перемещается пар и конденсат, Со стороны выпуска вакуумный насос связан с конденсационной ко45 донной 18.

Клапан 47 : служит вместе с устройст вом для измерения давления 48 и регулятором (не показан) для регулирования низкого давления в режиме работы с вакуумом, со50 ответственно для перевода системы с вакуума до атмосферного давления.

Конденсат, осаждаемый в конденсаторе, проходит в бэк для сбора конденсата.19.

Клапаны 21 и 22 служат для барометри55 ческого раэделения конденсационной ко, лонны 18 от конденсатора 13. находящегося под вакуумом. Конденсат из бака 19 для сбора конденсата подается через трубопровод 23 в сборник 24 конденсационной колонны 18.

1814719

Подача газа для процесса просушивания методом продувания осуществляется через трубопровод 25, клапан 26 и редукционный клапан 27 в газовую магистраль 28.

При работе в ре>киме просушивания методом продувания клапаны 12 и 17 закрыты.

Газ, насыщенный парами, попадает через фильтр 5, трубопроводы 11 и 30 с помощью компрессора 31 через трубопроводы 32 и 33 в конденсационную колонку 18. В этом случае клапаны 29 и 34 открыты. В случае работы с защитным газом анализатор 58 кислорода контролирует максимально допустимое содержание кислорода в защитном газе, У

Конденсационная колонна 18 состоит иэ камеры 24 для сбора конденсата, тела колонны 35 и устройства 35 распределения жидкости.

Во время работы жидкость направляется из камеры сбора конденсата конденсационной колонны 18 через трубопроводы 37, 39 и 41 от насоса 38 через теплообменник

40 к распределительному устройству 36.

Теплообменник 40 имеет подводы и отводы для охлаждающего средства, На фиг,2 представлен фрагмент установки для реализации процесса просушивания методом продувания с тепловым соединением через тепловой насос между теплообменником 40 (охлаждение конденсата) и теплообменником 45 (нагревание циркулирующей жид ости), Тепловой насос показан здесь условно в виде компрессора

48 и испарителя 49. Оба теплообменника 45 и 40 связаны с помощью системы трубопроводов 42 и 43 через тепловой насос, На фиг.3 показан бак 19 для сбора конденсата с измерительным устройством для определения количества конденсата. Подвод конденсата происходит через трубоп ровод 21, а отвод конденсата — через трубопровод 23. Цифрой 45 обозначено устройство для измерения уровня конденсата поплавкового типа, Поплавок 51 занимает определенную позицию по высоте в зависимости от наполнения бака, Позиция по высоте фиксируется датчиком 52 и передается на ЭВМ (не показана), Для повышения точности измерений бак для сбора конденсата вывешивается на устройстве измерения веса, В этом случае трубопроводы 21 и 23 прокладываются так, чтобы они не могли влиять на результаты измерений, Оба датчика 50 и 50, измеряют текущее значение веса бака с содержимым и передают результаты на Э ВМ, На фиг,4 представлена схема контура измерения, служащая для поддер>кания постоянного уровня давления в системе. В труt

> бопроводе 56 между вакуумным насосом 16 и конденсатором„13 находится установочный клапан 47 с регулятором 53 и измерительным преобразователем 55 для измерения абсолютного давления, Измерительный преобразователь 55 и установочный клапан 57 (соответственно регулятор

53) электрически связаны с регулятором 54, причем потребное значение здесь либо вручную, либо с помощью ЭВМ, При реализации способа согласно изобретению клапан 3 для подачи продукта за10 крыт, Клапан 6 между фильтром и перемешивающим устройством открыт, клапаны 44, 34 и 29 закрыты, После запуска вакуумного насоса 16 выпар проходит через фильтр 5, трубопровод 11 в конденсатор 13 и там конденсируется. Конденсат оседает в дачи измерительного сигнала (не показана) С помощью индикатора уровня наполнения можно измерять приращение конденсата по времени и передавать значения на ЭВМ, Индикатор имеет поплавок 51 и регистратор или в альтернативном варианте при подвеске бака на устройстве для измерения веса используются два датчика 50 и 509

30 Для выдерживания определенного температурного графика в систему выдается абсолютное давление. Это абсолютное давление задается исходя из определения равновесия между температурои и давле-, нием пара, Для этого служит регулятор 54, который сравнивает заданное значение, получаемое от ЭВМ, с давлением в системе, Для регистрации давления предусмотрен сенсор абсолютного давления 55 с относя40 щим Ья к нему измерительным преобразователем, Если заданное значение отличается от фактического, то регулятор 54 установочного регулятора 53 на установочном клапане 47 получает соответствующий импульс, этим производится регулирование подачи газа через трубопровод 57.

По окончании этапа сушки под вакуумом бак 19 опорожняется в бак 24 для сбора конденсата конденсационной колонны 18, После переключения на сушку способом продувки закрываются клапаны 12 и 17 и открываются клапаны 29 и 34. Полость бака

50 перемешивающего устройства, находящаяся еще под вакуумом, заполняется газом, через трубопровод 25, клапан 26, редукционный клапан 27 и трубопровод 28. Как и во время работы под низким давлением через рубашку 7 фильтра 5 пропускается горячее тело, чтобы предотвратить конденсацию парэ нэ стенках корпуса фильтра. бак 19 для сбора конденсата. Бак для сбора

20 конденсата имеет индикатор 45 уровня на. полнения с дистанционной системой пере1814719 о

Газ, нагретый в таплообменнике 45 а, попадает через трубопровод 46 в полость бака перемешивающего устройства и там подается на циркулирую .ций вихревой слой; при этом газ, с одной стороны, теряет температуру и, с другой стороны, насыщается паром. Газ или защитный газ совершает циркуляцию с помощью компрессора 31 через конденсационную колонну 18, теплообменник 45 и перемешивающее устройство, Газ, насыщенный паром, проходит через трубопроводы 11, 30 и 32 в конденсационную колонну 18. Здесь он протекает через колонну 35 с заполнителем. В колонне 35 гаэ попадает в противоток по отношению к циркуляции и охлаждается в теплообменнике 40 охлажденным растворителем и при этом пар вынимается. С помощью прямой конденсации в колонне 35 достигается очень высокая степень теплопередачи при охлаждении газового потока, тем самым предотвращается образование тумана во время процесса охлаждения. При другой циркуляции газ еще более освобождается от паров жидкости и охлажденный газ снова попадается на теплообменник 45 а, там нагревается, просушивается и снова подается на циркулирующий вихревой слой.

Перед входом защитного газа в вихревой слой определяется содержание кислорода в газе с помощью анализатора 58, например, в трубопроводе 46, В данном случае осуществляется дополнительная экономия защитного газа с помощью системы регулирования, Тепловой насос, представленный двумя

О элементами — компрессором 48 и испэрителем 49, передает. тепловую энергию, возни-, кающую в теплообменнике 40, на теплообменник 45 а, где газ снова нагревается.

Вариант, представленный на фиг.5, отличается от варианта, представленного на фиг,1, тем, что насос 16 приводится в действие с помощью жидкости, находящейся в полости сбора конденсата конденсационной колонны 18, и жидкость после этого снова направляется в полость 24, Благодаря этому предотвращается выброс рабочей ,жидкости для насоса в окружающуlQ среду.

Согласно варианту, показанному на фиг.5 сплошными линиями, поток жидкости, идущий из полости сбора конденсата 24 через теплообменник 40, подается через трубопровод 58 с клапаном 60 в качестве рабочей жидкости на насос 16 и от него направляется назад через трубопровод 59 в полость сбора 24, Согласно варианту, показанному на фиг.5 сплошными линиями, поток жидкости, идущий из полости сбора конденсата 24 че рез теплообменник 40, подэется через тру бопровод 58 с клапаном 60 в качестве рабочей жидкости на насос 16 и от него

5 направляется назад через трубопровод 59 в полость сбора 24.

Согласно варианту, представленному на фиг,5 штриховыми линиями, жидкость из полости сбора 24 подается прямо через тру10 бопровод 58 на насос 16 и от него снова возвращается в полость 24, Формула изобретения

1. Способ удаления жидкости из влажного материала путем создания в послед15 нем при помощи механического перемешивания вихревого слоя и организации циркуляции последнего в вертикальном и тангенциальном направлении, продувки вихревого слоя предварительно нагретым в

20 теплообменнике газом до частичного насыщения его парами удаляемой из материала жидкости и последующего удаления пара из отходящего газа, отличающийся тем, что, с целью оптимизации процесса сушки

25 перед продувкой вихревого слоя нагретым газом, часть жидкости удаляют вакуумированием слоя при одновременном отводе полученного пара, 2, Способ по п.1; отличающийся

ЗО тем, что гэз для продувки предварительно нагревают при помощи теплообменника, после продувки вихревого слоя газ охлаж дают прямым контактом с жидкостью более низкой температуры и при этом конденса35 цией освобождают от содержащегося пара до перехода в состояние насыщения, соответствующего новому температурному уровню, и. после этого газ снова используют для продувки вихревого слоя, а полученную

40 при конденсации жидкость охлаждают и вновь применяют для прямого контакта -с содержащим пар газом.

3. Способ по и 2, отличающийся тем, что при удалении пара из газа содержа45 щий пар газ приводят в прямой контакт с такой же жидкостыд, какая содержится в газе в форме пара.

4. Способ по пп.1 — 3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что газ нагревают теплом, передава-

50 емым при помощи теплового насоса от конденсации удаленной из слоя жидкости.

5. Способ по п.4, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что к очищенному газу перепад его введением в вихревой слой подводят дополни55 тельную энергию.

6, Способ по п.5, отличающийся тем, что вихревой слой дополнительно нагревают путем увеличения скорости его вращения для образования тепла за счет трения.

7. Способ по пп.1 — 6, о т л и ч э ю щ и йс я тем, что в качестве газа, подаваемого на продувку материала, используют инертный газ, 8. Способ по и 7; отл ич а ю щи и с я тем, что инертный газ добавляют в количествах, обеспечивающих взрывобезопасность, 9. Способ по и 8, отл ич а ю щи и с я тем, что добавляемое количество инертного газа определяют по максимально допустимому содержанию кислорода с помощью анализатора.

10. Способ по пп.1 — 8, о т л и ч а ю щ и-. и с я тем. что отводящий газ после продувки и выпар от вакуумирования фильтруют в одном и том же фильтре.

11. Способ по пп.1 — 9, о т л и ч.а ю щ ий с я тем, что в вихревом слое во время

5 продувки его нагретым газом поддерживают давление ниже атмосферного.

12. Способ по пп.1 — 9, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что в вихревом слое во время продувки его нагретым газом поддержива10 ют давление выше атмосферного.

13. Способ по пп.1-11,отл ич а ю щий с я тем, что при достижении заданного давления или заданного количества конденсата при удалении пара из отходящего газа

15 вакуумирование заканчивают и начинают продувку вихревого слоя.

Фиг. /

1814719

22

54

1á

1814719

Составитель Г.Усов

Техред М. Мор гентал

Корректор А.Мотыль

Редактор Л.Волкова

Производственно-издательский комбинат "Патент". r Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1844 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5