Способ псевдоожижения

 

Использование: производство минеральных удобрений (аммофос, амморосфат и др.), органо-минеральных удобрений, сушка и гранулирование различных пищевых продуктов (кофе, молоко и др.), производство лекарственных препаратов, кормовых дрожжей и другие. Сущность изобретения: способ получения псевдоожиженного слоя (ПС) включает подачу исходного материала, распыление его под воздействием импульсного потока (ИП) ожижающего агента-теплоносителя (ОАТ) и одновременное воздействие акустических колебаний ИП на ПС прямыми и отраженными волнами. Амплитуда ускорения ИП A_a в пределах: A_a= 4,8-19,2×10³м/c² , амплитуда давления ИП A_p в пределах: A_p= 0,01-1,00×10⁵ Па . Ввод ОАТ осуществляют однонаправленно и совместно с вводом исходного материала сверху на ПС. 2 ил.

Изобpетение относится к способам получения псевдоожиженного слоя и может быть использовано при проведении пpоцессов тепломассообмена, для получения гранулированных материалов, физического перемешивания и других целей в химической, микpобиологической и сельскохозяйственной отраслях промышленности.

Наиболее близким техническим pешением является способ обработки зернистого материала в виброкипящем слое, заключающийся в том, что на вводимый поток ожижающего агента накладывают акустические колебания с частотой 20-200 Гц и амплитудой давления А_р, pавной (0,01-0,1) х 10⁵ Па [1].

Недостатками способа являются перечисленные выше, а также относительно низкие амплитудные характеpистики акустических колебаний.

Цель изобретения - повышение производительности, снижение энергозатрат и уменьшение пылеуноса.

Цель достигается тем, что ввод ожижающего агента-теплоносителя осуществляют однонаправленно и совместно с вводом обрабатываемого исходного материала сверху на псевдоожиженный слой, при этом обрабатываемый исходный матеpиал распыляют импульсным потоком ожижающего агента-теплоносителя, а на псевдоожиженный слой воздействуют прямыми и отраженными акустическими колебаниями импульсного потока ожижающего агента-теплоносителя с амплитудой давления А_р = (0,01-1,00) х 10⁵ Па и амплитудой ускорения потока А_а = (4,8 - 19,2) x10³ м/с².

На фиг. 1 представлено пpедлагаемое устpойство; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Устройство включает рабочую емкость 1, дно которой выполнено сфеpической формы, а верхняя часть в виде усеченного конуса, патрубок 2 для подачи основного ожижающего агента-теплоносителя. Патрубок 2 соединен с источником 3 пульсирующего потока ожижающего агента-теплоносителя и при этом является акустическим резонатором и размещен в патрубке 4 подачи дополнительного теплоносителя, соединенного с горловиной усеченного конуса рабочей емкости 1. Рабочая емкость размещена в рубашке 5 дополнительного подогрева. Соосно патpубку 2 для подачи основного ожижающего агента-теплоносителя и патрубку 4 подачи дополнительного теплоносителя в горловину усеченного конуса емкости 1 введен патрубок 6 подачи обрабатываемого исходного материала, например, пульпы минерального удобрения. В емкости 1 имеется патрубок 7 выгрузки готового материала и патрубок 8 отвода пара.

Способ осуществляется следующим образом.

В емкость 1 загружают полидисперсный материал, например порошок аммофоса, и нагревают его внешним источником тепла, например посредством рубашки 5. Включают источник 3 пульсирующего потока ожижающего агента-теплоносителя, при этом внешний источник тепла, например рубашка 5, может быть отключен. Поток теплоносителя с большой амплитудной скоростью по патрубку 2 подачи основного ожижающего агента-теплоносителя движется в емкость 1. В результате пульсаций теплоносителя в патрубке 2, являющемся резонатором, возникают мощные акустические волны, распространяющиеся в рабочую емкость 1. Одновременно с вводом основного теплоносителя при необходимости вводятся через патрубок 4 в одном и том же направлении дополнительный теплоноситель и исходный обрабатываемый материал, например пульпа аммофоса, через патрубок 6. Пульсации потока ожижающего агента-теплоносителя, воздействуя на исходный материал, распыляют его, образуя факел распыления материала. Частицы факела по мере движения к псевдоожиженному слою упариваются до достижения необходимой влажности и, попадая на частицы псевдоожиженного слоя, прилипают к ним. Таким образом постепенно образуются гранулы, которые выгружаются из емкости 1 посредством патрубка 7 и поступают на дальнейшую обработку. В емкости 1 материал под действием пульсаций потока ожижающего агента теплоносителя находится в псевдоожиженном состоянии и подвергается воздействию как прямых, так и отраженных волн от этих пульсаций, причем выполнение дна емкости сферической формы позволяет избежать появления застойных зон и улучшить перемешивание. При этом амплитуда ускорения импульсного потока А_а = (4,8 - 19,2) x10³ м/с², а амплитуда давления А_р = (0,01 - 1,00) х 10⁵ Па. Для обеспечения заданных величин этих параметров в результате экспериментов была получена эмпирическая формула, устанавливающая зависимость длины l патрубка 2 и его диаметра d, а также объема V рабочей емкости 1 от частоты пульсаций ожижающего агента-теплоносителя и производительности аппарата N : l, d, V = f(N).

В процессе осуществления способа на слой дисперсного материала действует волна сжатия, передаваемая газообразным носителем и имеющая амплитуду давления А_р. Движение волны сопровождается скачкообразным изменением давления и скорости. При воздействии на слой дисперсного материала волна сжатия отражается как от верхних рядов материала, так и от лежащих несколько ниже, из-за наличия промежутков между ними, то есть между частицами. Если первое действие волны - сжатие материала, то отраженная волна приподнимает материал. Следующая за ней волна разpежения и спутный, увлекаемый волной поток теплоносителя полностью размывает слой материала, переводя его в псевдоожиженное состояние. Волны, отраженные от внутренних стенок аппарата, также влияют на формирование циркуляционного движения материала. При повторении пульсаций теплоносителя эпюры скорости во времени изменяются вплоть до возникновения обратных токов, что приводит к возникновению косых скачков уплотнения, то есть, нефронтального действия волны на материал даже при перпендикулярном расположении ввода носителя волны и слоя. Это обуславливает еще более интенсивное псевдоожижение материала. Время, необходимое для деформации возмущений скорости теплоносителя до предельной формы - образования волны сжатия, определяется длиной патрубка 2, то есть его резонансной длиной. Волны сжатия и разрежения псевдоожижают материал, вводимый в аппарат через патрубок 6. Далее процесс образования волн сжатия повторяется с определенной частотой ν . Для исключения застойных зон и фокусирования отраженных волн сжатия в центральную, осевую часть емкости 1 ее дно выполнено сферической формы, а верхняя коническая часть камеры выполнена с углом раскрытия 10-20^о, что соответствует углу раскрытия волны сжатия на выходе из патрубка 2. Проведение тепломассообменных процессов, грануляция и перемешивание могут проводиться как в периодическом, так и в непрерывном режиме. При необходимости могут устанавливаться поверхности (нагрев-охлаждение) внутри аппарата или снаружи, например, рубашка или излучатель. С целью снижения пылеуноса работа источника 3 пульсирующего потока ожижающего агента-теплоносителя может осуществляться без подачи новых порций ожижающего агента, то есть за счет газообразной атмосферы в патрубке 2 и емкости 1, которая в отдельных случаях может быть химически инертной, например, при сушке материалов от легколетучих жидкостей. Исследования, проведенные на различных дисперсных материалах, показали, что по качеству ожижения данный способ не только не уступает известным, но и имеет существенные преимущества - отсутствие застойных зон, практически полное исключение пылеуноса, высокая интенсивность тепломассообменных процессов за счет увеличения относительных скоростей материала и ожижающего агента.

П р и м е р. Сушилка-гранулятор периодического действия.

В реакционный объем емкостью 30 л загружают 1 кг порошка кормовых дрожжей, полученных при распылительной сушке, со средним диаметром частиц 95 мкм. После загрузки первичной порции продукта (подушки) включают подогрев слоя (подушки), доводят температуру в слое до 80^оС, а затем включают источник пульсирующего потока ожижающего агента-теплоносителя, например, поршневой генератор с диаметром поршня 90 мм и частотой его колебаний ν=200 Гц. Амплитуда ускорения потока А_а=19200 м/с², амплитуда давления А_р = 1·10⁵ Па. Материал при этом переходит в псевдоожиженное состояние. Одновременно включают подогреватель ожижающего агента до температуры 300^оС и насосом-дозатором в устье патрубка для подачи ожижающего агента-теплоносителя подают суспензию кормовых дрожжей массовой концентрацией 15% по сухому продукту в количестве 3,6 л/ч. Температура в слое и за сушильной камерой поддерживается в пределах 65-70^оС. Через 1 ч работы в установившемся режиме прекращают подачу суспензии, останавливают генератор, выключают подогрев, выгружают готовый продукт в количестве 1440 г и тонкую фракцию из-под циклона 110 г. Готовый продукт представляет собой гранулы средним диаметром 455 мкм. Продукт не пылит, легко дозируется, прочность гранул достаточна для транспортировки и длительного хранения.

Таким образом предложенный способ позволяет увеличить производительность за счет исключения пылеуноса материала с отработанным теплоносителем, снизить энергозатраты и расход ожижающего агента-теплоносителя. Кроме того, исключается наличие застойных зон внутри аппарата, препятствующих проведению процессов тепломассообмена, гранулирования, перемешивания и других.

При переработке термочувствительных материалов производительность повышается на 30-40%, а термостойких - на 60-70%.

Формула изобретения

СПОСОБ ПСЕВДООЖИЖЕНИЯ, включающий подачу исходного материала, воздействие импульсным потоком ожижающего агента-теплоносителя и одновременное воздействие акустическими колебаниями с частотой 20 - 200 Гц, отличающийся тем, что ввод ожижающего агента-теплоносителя осуществляют однонаправленно и совместно с вводом обрабатываемого исходного материала сверху на псевдоожиженный слой, при этом обрабатываемый исходный материал распыляют импульсным потоком ожижающего агента-теплоносителя, а на псевдоожиженный слой воздействуют прямыми и отраженными волнами акустических колебаний импульсного потока ожижающего агента-теплоносителя с амплитудой ускорения потока A_a, находящейся в пределах (4,8 - 19,2) · 10³ м/с², и амплитудой давления A_p, находящейся в пределах (0,01 - 1,00) · 10⁵ Па.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2