Устройство для удаления жидкости из дисперсного вещества

 

Изобретение относится к сушильной технике и может быть использовано для сушки дисперсных веществ в замкнутых системах. Устройство для удаления жидкости из дисперсного вещества путем испарения вследствие подвода тепла, переносимого главным образом с помощью перегретых паров жидкостей, имеющихся в дисперсном веществе, содержит кольцевую или преимущественно кольцевую емкость с перфорированным днищем, площадь отверстий которого по периферии емкости больше, чем внутри емкости. Причем втекание пара происходит частично под прямыми углами к днищу, а частично под углами 0-90°, предпочтительно 0-80°, а в особенности 0-30°. Изобретение должно обеспечить достижение оптимального времени обработки частиц дисперсного вещества любого размера. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройству для удаления жидкости из дисперсного вещества путем испарения вследствие подвода тепла, переносимого главным образом с помощью перегретых паров жидкостей, имеющихся в дисперсном веществе, причем указанные операции реализуются по существу в замкнутой системе.

Изобретение касается, в частности, устройства, которое образовано по существу замкнутой емкостью, снабженной средствами подачи дисперсного вещества, из которого предстоит удалить жидкость, средствами отвода высушенного дисперсного вещества, средствами обеспечения циркуляции перегретых паров в емкости, средствами подвода тепловой энергии к этим парам и средствами выделения из них частиц пыли.

Дисперсное вещество может состоять как из однородных по размерам частиц, так и из частиц, размеры которых существенно различаются. В нем могут содержаться несколько разных подлежащих удалению летучих и сжиженных компонентов, при этом удаление осуществляется в среде перегретых паров этих самых летучих жидкостей. Если удалению подлежит вода, то имеет место процесс высушивания в среде перегретого водяного пара. Однако совершенно очевидно, что всякий раз, когда в нижеследующем тексте идет речь о сушке, точно так же могут иметься в виду сходные процессы, в ходе которых из дисперсного вещества удаляется какая-либо иная жидкость.

Устройство, подобное упомянутым выше, описано, например, в заявке на Европейский патент №82850018.1 (публикация ЕР 0058651 А1). Здесь сушку осуществляют путем пропускания высушиваемых частиц, взвешенных в потоке перегретого водяного пара, через вертикальные трубы или теплообменники, соединенные последовательно. Благодаря этому способу обеспечивается неизменное время удержания, которое относительно невелико, хотя на практике может быть предусмотрено достаточно большое количество достаточно высоких труб и теплообменников. Так, например, при расходе 20 м/с, используя 30 вертикальных зон обработки высотой 40 м каждая, удается получить время удержания всего в несколько минут.

Это означает, что частицы должны иметь исключительно однородные размеры, а время их высушивания должно быть очень незначительным, вследствие чего рассмотренный способ подходит только для небольших частиц однородного размера.

Известны также способ и устройство, описанные в документе ЕР 0153704. Такое устройство имеет несколько вертикальных весьма протяженных зон обработки, вверх по которым подается перегретый пар. Над этими зонами обработки предусмотрена общая зона, в которую переносятся частицы со сниженным влагосодержанием, а из нее эти частицы транспортируются далее в зону (зоны) удаления. В нижних частях зон обработки предусмотрена возможность вывода по меньшей мере некоторого количества частиц из одной зоны обработки в следующую по специальным соединительным каналам.

Из-за конфигурации зоны обработки в этом известном устройстве, расположенной вертикально и имеющей большую протяженность, время удержания значительной доли частиц среднего размера слишком велико. Следовательно, они высушиваются до недопустимо высокого содержания сухого вещества, что приводит к ухудшению качества продукта, поскольку при больших объемах производства это сопровождается уменьшением повторной абсорбции воды. Кроме того, большие по высоте конструктивные элементы требуют значительных затрат на их изготовление и монтаж. И, наконец, из-за разделения зон обработки возникает довольно большой риск того, что влажное дисперсное вещество будет закупоривать первые зоны устройства частично вследствие прилипания продукта и частично - вследствие конденсации на нем пара, что приводит к настолько значительному его утяжелению, что уже не удается поддерживать его перенос в потоке пара.

Цель изобретения состоит в создании устройства, которое было бы свободно от перечисленных недостатков, связанных с наличием нескольких зон обработки, и обеспечивало бы достижение оптимального времени обработки частиц дисперсного вещества любого размера.

Указанная цель достигается использованием устройства для удаления жидкости из дисперсного вещества, включающего по существу замкнутую емкость, средства для осуществления циркуляции перегретого пара в емкости, причем емкость содержит по меньшей мере частично кольцевую камеру, размещенную по существу в горизонтальной плоскости и имеющую подводящее отверстие для введения дисперсного вещества и выпускное отверстие для выпуска осушенного дисперсного вещества, днище, выполненные в днище отверстия, через которые может поступать перегретый пар, причем вблизи наружной стенки камеры днище имеет площадь отверстий относительно большую, чем вблизи внутренней стенки кольцевой камеры, и имеет площадь отверстий вблизи подводящего отверстия для дисперсного вещества, относительно большую, чем вблизи выпускного отверстия для дисперсного вещества, а форма отверстий в днище такова, что втекание пара происходит частично под прямым углом к днищу, а частично под углами 0-90° к днищу, что придает вращательное движение дисперсному веществу для его переноса от подводящего отверстия для дисперсного вещества к выпускному отверстию для дисперсного вещества.

В этом устройстве используются только горизонтальные камеры, а емкость и все устройство в целом имеют достаточно малую высоту. Благодаря описанному ниже характеру потока пара и конфигурации нижней части кольцевой камеры обеспечивается циркуляция или вращательное движение дисперсного вещества по существу в вертикальной плоскости, в результате чего в движении поддерживаются все частицы вещества и достигается надежный контакт между веществом и перегретыми парами.

Самая глубокая часть днища может находиться в пределах центральной половины ширины камеры между внутренней стороной и наружной стороной кольцевой камеры.

Днище может иметь форму, выбранную из группы, состоящей из полукруглой, овальной формы или формы, близкой к указанным.

Устройство может дополнительно содержать пластины, подвешенные в по меньшей мере частично кольцевой камере и отходящие от ее внутренней стороны или от ее наружной стороны.

Пластины могут иметь полости, в которые подается пар.

Устройство может дополнительно содержать конический переходник, расположенный над указанной по меньшей мере частично кольцевой камерой, через который течет перегретый пар, и пластины, расположенные в коническом переходнике и отходящие в радиальном направлении от его внутренней стенки и загнутые вперед в направлении переноса дисперсного вещества.

Конический переходник может иметь коническую наружную стенку, а радиальные пластины могут иметь по меньшей мере часть длины наружной кромки, обращенную к конической наружной стенке, причем пластины размещены на некотором расстоянии от этой стенки.

Радиальные пластины могут иметь полости, в которые подается пар.

Устройство может дополнительно содержать цилиндрическую часть, являющуюся верхней частью в емкости, причем указанная верхняя часть может иметь отверстие для отвода избыточного пара, а цилиндрическая часть может представлять собой циклонный разделитель, предназначенным для отделения пыли от перегретого пара.

Втекание пара может происходит частично под прямым углом к днищу, а частично под углом к днищу от 0 до 80°, предпочтительно от 0 до 30°.

Ниже приводится более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает вертикальный разрез по линии I-I на фиг.2 нижней части предлагаемого устройства для удаления жидкостей из дисперсного вещества;

фиг.2 изображает разрез нижней части, показанной на фиг.1, по линии II-II на фиг.1;

фиг.3 изображает вертикальный разрез конической переходной детали предлагаемого устройства;

фиг.4 изображает разрез переходной детали, показанной на фиг.3, по линии IV-IV на фиг.3;

фиг.5 изображает вертикальный разрез верхней части предлагаемого устройства по линии V-V на фиг.6;

фиг.6 изображает горизонтальный разрез детали, показанной на фиг.5, по линии VI-VI на фиг.5;

фиг.7 изображает вертикальный разрез выпускного отверстия с соответствующим эжектором по линии VII-VII на фиг.6.

Предлагаемое устройство по существу состоит из трех частей, установленных друг на друга, а именно нижней части 9, показанной на фиг.1 и 2, конической переходной детали, показанной на фиг.3 и 4, и верхней части 20, показанной на фиг.5 и 6.

Как видно из фиг.1 и 2, нижняя часть 9 образована по существу цилиндрической емкостью, наружная цилиндрическая поверхность 3 которой служит ее наружной стенкой. Внутри нижней части находится низкая кольцевая или частично кольцевая камера 1 с открытым верхом, ограниченная по бокам с одной стороны наружной цилиндрической поверхностью 3 и с другой стороны - внутренней цилиндрической поверхностью 2. Снизу камера 1 ограничена дважды изогнутым днищем 10. Это днище может иметь, как показано на фиг.1, овальное или полукруглое поперечное сечение, однако возможна и другая его форма, отличная от овальной или полукруглой. Самая глубокая часть днища 10 находится в центральной половине, а от нее по кривой вверх по направлению к внутреннему и наружному краям камеры, т.е. в сторону внутренней цилиндрической поверхности 2 и наружной цилиндрической поверхности 3, проходят боковые стороны. По технологическим соображениям можно выполнить днище из отдельных криволинейных частей или плоских пластинчатых деталей, собранных так, чтобы получить приблизительно круглую форму. Кроме того, в днище 10 выполнен ряд отверстий 11, о которых подробнее сказано ниже.

В нижней части 9 устройства имеется также подводящий патрубок 5 для подачи подлежащего сушке дисперсного вещества и выпускной патрубок 6 для отвода высушенного вещества. Внутренняя цилиндрическая поверхность 2 образует показанную пунктиром трубчатую среднюю камеру 4, которая проходит вверх через остальные части устройства, а снизу выходит в камеру, расположенную под кольцевой камерой 1.

В кольцевой камере имеются также пластины 13, подвешенные так, как показано на фиг.1 и 2. Эти пластины, назначение которых рассмотрено ниже, могут отходить от внутренней цилиндрической поверхности 2, как показано на чертежах, или от наружной цилиндрической поверхности 3 (на фиг.1 и 2 не показано), причем эти варианты установки возможны как по отдельности, так и в сочетании. Подвешенные пластины 13 могут быть загнуты вперед или по линии 14, как показано на чертеже.

Далее подробно рассмотрена работа нижней части 9 устройства. Подлежащее сушке дисперсное вещество непрерывно подается через патрубок 5 в камеру 1 с помощью не показанных здесь традиционных подающих средств. Одновременно сверху в направлении, показанном стрелкой 8, подается перегретый пар, поступающий через камеру 4 в пространство, находящееся под камерой 1, откуда этот пар протекает вверх в камеру 1 через отверстия, выполненные в ее днище 10.

Отверстия 11 в днище 10 включают обычные отверстия, через которые пар поступает под прямым углом к нижней пластине, и отверстия, придающие потоку пара некоторое направление втекания, образующее с пластиной угол от 0 до 90°. Предпочтительно этот угол находится в пределах 0-80°, на практике же он, как правило, находится в пределах 0-30°. Следует указать, что перфорированный участок в зоне пластины, примыкающей к наружной периферии, больше, чем в той ее зоне, которая примыкает к внутренней периферии. Благодаря этому, а также заданному направлению втекания поступающего пара, обеспечивается вращательное движение дисперсного вещества по существу в вертикальной плоскости, как показано стрелками 12 на фиг.1, что обеспечивает перемещение частиц любого размера в потоке вещества. Кроме того, вращательное движение частиц помогает, например, образованию покрывного слоя или вводу вместе с частицами жидкости, которая подлежит испарению.

Величину угла наклонных отверстий 11 в днище 10 можно задавать в зависимости от положения соответствующего отверстия 11, с одной стороны, в радиальном направлении, с тем чтобы обеспечить необходимое вращательное движение, а с другой стороны - в периферийном направлении, с тем чтобы добиться перемещения частиц в камере 1 по кругу от подводящего патрубка 5 к выпускному патрубку 6. Благодаря этому можно изменять направление подачи перегретого пара для усиления или ослабления его перемещения в кольцевой камере.

Кроме того, для управления перемещением могут быть использованы пластины 13. Как правило, эти пластины проходят не радиально, а в таком направлении, что перемещение в кольцевой камере происходит с достаточно большой скоростью. Кроме того, как указано выше, эти пластины могут быть загнуты вперед или по линии 14, как показано на чертеже, с тем чтобы обеспечить необходимую скорость перемещения дисперсного вещества. Наконец, пластины 13 могут отходить, как сказано выше, от внутренней цилиндрической поверхности 2 и/или от наружной цилиндрической поверхности 3, так что при сочетании этих двух вариантов подвески между пластинами имеет место нечто наподобие лабиринтного эффекта.

Для испарения жидкостей из частиц, находящихся в потоке вещества, можно использовать энергию перегретого пара. Кроме того, для этого могут быть использованы пластины 13 и наружные стенки устройства, которые могут служить поверхностями нагрева. Пластины 13 могут быть, например, приварены друг к другу с образованием между ними полости, в которую пар поступает под более высоким давлением, чем то, которое имеет место в кольцевой камере.

При круговом перемещении дисперсного вещества в камере 1 оно достигает разделительной перегородки 7, которая останавливает перемещение потока продукта в кольцевой камере в непосредственной близости от выпускного патрубка 6 и обеспечивает его выведение через выпускной патрубок 6, откуда он может транспортироваться далее с помощью не показанных здесь обычных средств.

Как видно из фиг.2, подводящий патрубок 5 размещен не в самом начале кольцевой камеры 1, а на некотором расстоянии между ним и разделительной перегородкой 7. Благодаря этому подводимое влажное дисперсное вещество сразу смешивается с частично высушенным веществом, поступающим из передней части кольцевой камеры, в результате чего значительно уменьшается опасность образования покрывного слоя или слипания с поступающим влажным веществом.

Как и во всякой традиционной сушильной камере с кипящим слоем, над самим таким слоем, т.е. в данном случае - над камерой 1, имеется еще одна камера с увеличенным поперечным сечением в горизонтальной плоскости. Переход к этой зоне выполнен в виде конического переходника 15, представленного на фиг.3 и 4, где пунктирными линиями продемонстрировано также соединение этого переходника с другими узлами устройства. Как можно видеть из чертежа, наружная цилиндрическая поверхность 3 проходит от нижней части 9 устройства вверх до конической наружной стенки 16 переходника 15, а внутренняя цилиндрическая поверхность 2 продолжается в направлении вверх от нижней части через переходник 15, так что трубчатая средняя камера 4 присутствует и здесь. Перегретый пар, прошедший вверх через кольцевую камеру 1, в которой дисперсному веществу сообщается как тепло, так и вращательное движение, будет поступать далее вверх через переходник 15 между внутренней цилиндрической поверхностью 2 и стенкой 16, причем пар содержит частицы, которые увлекаются вперед вместе с его потоком. Скорость движущегося вверх потока пара настолько велика, что значительная доля частиц транспортируется вверх, внутрь переходника, где происходит их высушивание.

В переходнике 15 происходит отделение большей части увлекаемых паром частиц, причем способ этого отделения сродни ламинарному осаждению. В переходнике 15 между поверхностью 2 и стенкой 16 помещен ряд пластин 17, расходящихся от поверхности 2 в сторону стенки 16. Эти пластины (на фиг.4 показано лишь несколько из них) не обязательно должны отходить от поверхности 2 в радиальном направлении. Количество пластин 17 в переходнике 15 таково, что расстояние между ними предпочтительно составляет 200-500 мм. Для получения интервала в указанных пределах отрезки этих пластин, например их половинки, можно вставлять по возможности дальше от центра устройства. Пластины 17 установлены с наклоном вперед по направлению перемещения вещества и могут иметь одну линию изгиба 18, как показано на чертеже, или несколько таких линий.

Пластины 17 не доходят до стенки 16, однако в некоторых местах, предпочтительно вверху, эти пластины имеют надставки 19, которые доходят до стенки 16 и опираются на нее. Кроме того, будучи относительно крупными, пластины могут быть снабжены ребрами жесткости (не показаны). При условии надлежащего конструктивного выполнения такие ребра могут также способствовать регулированию потока пара и дисперсного вещества.

Поток пара вместе с увлекаемыми им частицами проходит через пластины 17, претерпевая в этой зоне некоторое отклонение, обусловленное наклоном пластин, при этом скорость потока уменьшается здесь настолько, что частицы выпадают на следующую по направлению вниз пластину. Частицы соскальзывают с верхнего участка этой пластины в щель между нею и конической наружной стенкой 16 и далее с этой стенки в кольцевую камеру 1, откуда они снова вдуваются между пластинами 17 в направлении перемещения потока вперед. При прохождении пара между пластинами 17 большая часть частиц не выходит вверх за пределы переходника 15, но одновременно они транспортируются в устройстве в направлении вперед. Вверх за пределы переходника 15 в потоке пара увлекаются только частицы пыли. Аналогично рассмотренным выше подвесным пластинам 13 возможен подогрев пластин 17, так что они, подобно наружной стенке 16, могут служить поверхностями нагрева.

Как показано на фиг.4, в переходнике 15 имеется также разделительная перегородка 7. Она служит для того, чтобы дисперсное вещество, дошедшее до конца кольцевой камеры 1, а значит, являющееся высушенным, не могло быть снова перенесено потоком пара поверху в переднюю часть этой кольцевой камеры.

Переходник 15 проходит вертикально до верхней части 20 устройства, показанной на фиг.5 и 6, в которой происходит окончательное отделение пыли. Как показано на чертежах, верхняя часть 20 имеет цилиндрическую форму, а ее внешняя стенка закрыта сверху и образована как верхнее продолжение стенки 16 переходника 15 (показана на фиг.5 пунктиром). Внутри верхней части на некоторое расстояние по вертикали проходит цилиндрическая поверхность 2 со средней камерой 4. В верхней части 20, над средней камерой 4, имеется цилиндрическая часть 22, которая имеет вверху, на одном из участков ее окружности, отверстие с лопастями 21, а внизу соединяется с камерой 4 посредством кольцевого желоба 23.

Цилиндрическая часть 22 выполнена в виде циклона, так что когда перемещающийся вверх поток пара с увлекаемыми им частицами пыли поступает в нее, проходя между лопастями 21, формируется циклонное поле. Частицы пыли собираются на стенке цилиндрической части 22, соскальзывают по этой стенке вниз и вращаются в кольцевом желобе 23 до тех пор, пока не выйдут через выполненное в этом желобе выпускное отверстие 24 (см. фиг.6). Как показано более детально на фиг.7, выпускное отверстие 24 ведет к эжектору 25, который всасывает частицы пыли и часть потока пара в вертикальный выпускной диффузор 26. Питание эжектора 25 осуществляется от внешнего источника пара. Диффузор 26 целесообразно расположить над той зоной, где происходит удаление высушенного вещества из устройства, т.е. над выпускным патрубком 6.

Как показано на фиг.6, лопасти 21, установленные на входе в цилиндрическую часть 22, предпочтительно расположены над последним участком камеры 1, т.е. в той зоне, которая находится ближе всего к зоне расположения выпускного патрубка 6. В результате этого в верхней части 20, снаружи от цилиндрической части 22, в поднимающемся паре возникает вращающийся поток. Этот поток проходит через пластины 30, конструктивно выполненные как части цилиндрической поверхности. При прохождении через пластины 30 часть пылевой массы, увлекаемой в потоке пара, соскальзывает по пластинам в пограничный слой, вследствие чего количество пыли, поступающей далее на лопасти 21 и в цилиндрическую часть 22, уменьшается. Вращающийся поток останавливается в результате взаимодействия с разделительной перегородкой 7, размещение которой показано на фиг.6, после чего этот поток поступает между лопастями 21 в цилиндрическую часть 22.

Поток пара, достигший внутреннего объема цилиндрической части 22, поступает уже в качестве основного потока вниз через среднюю камеру 4, как показано стрелкой 27. Однако в процессе сушки дисперсного вещества к этому потоку добавляется дополнительное количество пара, что ведет к необходимости отвода соответствующего количества избыточного пара. Это делается с помощью отверстия 28, выполненного на верхней поверхности верхней части 20 устройства, как показано стрелкой 29. В указанном избыточном паре содержится вся энергия, используемая для выпаривания. Вследствие конденсации избыточного пара эта энергия может быть восстановлена и возвращена в процесс, благодаря чему отделение жидкости происходит с минимально возможным потреблением энергии и без малейшего загрязнения воздуха. Кроме того, регулируя количество отводимого пара, можно изменять давление внутри замкнутой системы, причем предпочтительной представляется величина рабочего давления от 3 до 4 бар.

При поступлении вниз через среднюю камеру 4 основной поток пара проходит также через теплообменник или перегреватель (не показан), в результате чего перегрев пара усиливается в достаточной степени для повышения эффективности высушивания. В нижней части 9 устройства имеется также вентилятор, например, центробежного типа (не показан), обеспечивающий подачу перегретого пара обратно через камеру 1.

Формула изобретения

1. Устройство для удаления жидкости из дисперсного вещества, включающее по существу замкнутую емкость, средства для осуществления циркуляции перегретого пара в емкости, причем емкость содержит, по меньшей мере, частично кольцевую камеру, размещенную по существу в горизонтальной плоскости и имеющую подводящее отверстие для введения дисперсного вещества и выпускное отверстие для выпуска осушенного дисперсного вещества, днище, выполненные в днище отверстия, через которые может поступать перегретый пар, причем вблизи наружной стенки камеры днище имеет площадь отверстий относительно большую, чем вблизи внутренней стенки кольцевой камеры, и имеет площадь отверстий вблизи подводящего отверстия для дисперсного вещества относительно большую, чем вблизи выпускного отверстия для дисперсного вещества, а форма отверстий в днище такова, что втекание пара происходит частично под прямым углом к днищу, а частично под углами 0-90° к днищу, что придает вращательное движение дисперсному веществу для его переноса от подводящего отверстия для дисперсного вещества к выпускному отверстию для дисперсного вещества.

2. Устройство по п.1, самая глубокая часть днища которого находится в пределах центральной половины ширины камеры между внутренней стороной и наружной стороной кольцевой камеры.

3. Устройство по п.1, в котором днище имеет форму, выбранную из группы, состоящей из полукруглой, овальной формы или формы, близкой к указанным.

4. Устройство по п.1, дополнительно содержащее пластины, подвешенные в по меньшей мере частично кольцевой камере и отходящие от ее внутренней стороны.

5. Устройство по п.1, дополнительно содержащее пластины, подвешенные в по меньшей мере частично кольцевой камере и отходящие от ее наружной стороны.

6. Устройство по п.4, в котором пластины имеют полости, в которые подается пар.

7. Устройство по п.5, в котором пластины имеют полости, в которые подается пар.

8. Устройство по п.1, дополнительно содержащее конический переходник, расположенный над указанной по меньшей мере частично кольцевой камерой и через который течет перегретый пар, и пластины, расположенные в коническом переходнике, отходящие в радиальном направлении от его внутренней стенки и загнутые вперед в направлении переноса дисперсного вещества.

9. Устройство по п.8, в котором конический переходник имеет коническую наружную стенку, а радиальные пластины имеют по меньшей мере часть длины наружной кромки, обращенную к конической наружной стенке, причем пластины размещены на некотором расстоянии от этой стенки.

10. Устройство по п.8, в котором радиальные пластины имеют полости, в которые подается пар.

11. Устройство по п.1, дополнительно содержащее цилиндрическую часть, являющуюся верхней частью в емкости, причем указанная верхняя часть имеет отверстие для отвода избыточного пара, а цилиндрическая часть является циклонным разделителем, предназначенным для отделения пыли от перегретого пара.

12. Устройство по п.1, в котором втекание пара происходит частично под прямым углом к днищу, а частично под углом к днищу от 0 до 80°.

13. Устройство по п.1, в котором втекание пара происходит частично под прямым углом к днищу, а частично под углом к днищу от 0 до 30°.

Приоритеты по пунктам:

09.01.1998 по пп.1-13;

07.05.1998 по пп.1-13.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7