Инертный носитель для сушки суспензий и пастообразных материалов
Владельцы патента RU 2625628:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВО ТГТУ (RU)
Изобретение относится к области химической промышленности и служит для сушки суспензий и высоковлажных пастообразных материалов. Инертный носитель для сушки суспензий и пастообразных материалов во взвешенном слое выполнен из эластичного полимерного материала с размещенным внутри частиц инерта термобиметаллическим элементом в виде двойного сферического сегмента. С целью интенсификации процесса сушки путем увеличения удельной поверхности тепломассообмена и удельного количества наносимого влажного материала, а также улучшения качества распределения влажного материала на инерте, поверхность частиц инерта выполнена текстурированной. 5 ил.
Изобретение относится к сушильной технике, а именно к сушилкам с активным гидродинамическим режимом, предназначенным для сушки пастообразных материалов и суспензий во взвешенном закрученном слое инертных частиц и может найти применение в производстве красителей, полупродуктов, медицинских препаратов и др.
Известны инертные носители, выполненные из эластичных гидрофобных материалов, которые используются в сушилках с закрученным взвешенным слоем инерта [Плановский А.Н. и др. Сушка дисперсных материалов в химической промышленности. М.: Химия, 1979, с. 200-201].
Недостатками таких инертных носителей являются неизменная форма поверхности, вероятность агрегатирования инерта при нестабильной подаче влажного материала и налипания инерта на стенки аппарата.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результата к изобретению является инертный носитель для сушки суспензий и пастообразных материалов с размещенным внутри термобиметаллическим элементом [SU 1760836 A1, кл. F26В 17/10]. Недостатками такого инерта являются гладкая форма поверхности, что существенно уменьшает количество носимого материала и большая неоднородность по толщине наносимой пленки материала. Кроме того, перераспределение влажного материала между частицами инерта недостаточно интенсивно. Указанные недостатки снижают в целом суммарную поверхность тепломассообмена и ухудшают условия отслаивания высохшего материала с поверхности инерта.
Цель изобретения: интенсификация процессов тепло- и массообмена и улучшение условий отслаивания высохшего материала с поверхности инерта при сопутствующем повышении качества высушенного продукта (фракционный состав). Указанная цель достигается тем, что инертный носитель для сушки суспензий и пастообразных материалов во взвешенном слое, выполненный из эластичного полимерного материала с размещенным внутри частиц инерта термобиметаллическим элементом в виде двойного сферического сегмента, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса сушки путем увеличения удельной поверхности тепломассообмена и удельного количества наносимого влажного материала, а также улучшения качества распределения влажного материала на инерте, поверхность частиц инерта выполнена текстурированной.
На фиг. 1 изображен инертный носитель в виде двойного сферического сегмента. На фиг. 2 изображен разрез Α-A на фиг. 1. На фиг. 3 изображено текстурирование оболочки инерта в виде полусферических углублений. На фиг. 4 изображено текстурирование оболочки инерта в виде выпуклых полусфер. На фиг. 5 - текстурирование в виде микропирамид.
Инертный носитель в виде двойного сферического сегмента содержит (фиг. 1) эластичную оболочку 1 и термобиметаллический элемент 2.
На фиг. 2 изменение формы поверхности инертного носителя в виде двойного сферического сегмента при изменении его температуры показано пунктирной линией (температура 150…20°С). Исходная поверхность (температура 25…40°С) обозначена сплошной линией.
Предлагаемый инертный носитель работает следующим образом. Известно, что при сушке ряда суспензий и подвижных пастообразных материалов на инертных зернистых носителях в кипящем слое высушиваемый влажный материал подается через питающее устройство и образует тонкие пленки на поверхности инертных частиц. Пленка материала по мере высыхания истирается или отделяется при соударении инертных частиц, сухой материала в виде пыли и чешуек удаляется из аппарата с отработанным теплоносителем. Основными параметрами процесса сушки, определяющими производительность сушильных аппаратов, в данном случае являются: поверхность тепломассообмена и особенности истирания и отслаивания высохшего материала с поверхности инерта.
Известно, что основное время сушки суспензий и высоковлажных пастообразных материалов происходит преимущественно при температуре разновесного испарения, близкой к температуре чистого растворителя, и только в конце сушки материал прогревается до температуры сушильного агента. Разность этих температур в зависимости от параметров теплоносителя достигает 150…200°С.
Предлагаемый инертный носитель выполнен в виде двойного сферического сегмента из эластичного материала с внутренним термобиметаллическим элементом, предназначенным для изменения формы поверхности частиц инерта при изменении температуры. В отличие от прототипа с гладкой поверхностью полимерного покрытия, предлагаемый инерт имеет текстурированную поверхность.
При использовании указанного инертного носителя в сушильных аппаратах закрученного кипящего слоя возникают следующие положительные явления:
- указанная форма инерта имеет большую поверхность тепломассобмена, чем поверхность прототипа (на 35…40%);
- коэффициент аэродинамического сопротивления инерта с текстурированной поверхностью несколько выше, чем с гладкой поверхностью, что позволило увеличить при той же гидродинамической обстановке количество носимого инерта на 20…25%;
- значительно улучшаются условия нанесения и перераспределения влажного материала между частицами инерта (эффект «терки»);
- значительная часть высушиваемого материала заполняет неровности текстурированной поверхности, удерживается в них до окончания первого периода сушки и отслаивается в виде чешуек в основном во втором периоде сушки при термической деформации инерта, что положительно сказывается на фракционном составе готового продукта;
- при образовании агрегатов из нескольких частиц гранул инерта или налипания гранул на стенки аппарата пятно контакта между взаимодействующими частицами и стенкой значительно меньше по сравнению с прототипом, что улучшает устойчивость аппарата при нестабильной подаче влажного материала и условия возврата в рабочий режим при аварийной ситуации;
- зачистка поверхности рабочей зоны от налипшего влажного материала текстурированными частицами инерта происходит более активно с захватом материала поверхностью инерта (эффект «терки»).
Реализация способа проверена на сушилке [АС №166898, кл. F26В 17/00, 1984].
В сушилку загружался инертный носитель с гладкой поверхностью, выполненный по прототипу. Потоки теплоносителя, вводимые через барабан, приводили инерт во взвешенное состояние. Влажный материал подавался через боковое фильерное устройство. Распределенный по поверхности инерта влажный материал высушивался, истирался и выносился с отработанным теплоносителем. Часть инерта в зонах отсутствия истирающего действия плотного закрученного слоя налипала на поверхность рабочей камеры. В дальнейшем при высыхании этих частиц проявлялся термобиметаллический эффект и частицы возвращались в слой. При сопоставлении предлагаемого инерта с прототипом установлено, что производительность сушилки при использовании предлагаемого инерта увеличилась на 30…35% за счет увеличения удельной поверхности тепломассообмена и удельного количества носимого материала. Дополнительно анализ выявил улучшение качества распределения влажного материала на инерте (эффект «терки»). Устойчивость аппарата к колебаниям по питанию значительно повысилась. Агрегатообразование наблюдается по сравнению с прототипом при большей нестабильности по подаче влажного материала. Перераспределение материала между частицами инерта приводит к увеличению возобновляемой поверхности тепломассообмена. Фракционный состав готового продукта содержит большее количество чешуйчатых частиц (повышается товарное качество продукта).
Использование предлагаемого инертного носителя обеспечивает по сравнению с существующим инертным носителем следующие преимущества:
- увеличение действующей поверхности тепломассообмена (на 35…40%);
- повышение коэффициента аэродинамического сопротивления инерта за счет текстурирования поверхности позволяет увеличить при той же гидродинамической обстановке количество носимого инерта на 20…25%;
- интенсивное перераспределение влажного слоя материала за счет текстурированной формы поверхности;
- интенсивное истирание высохшего слоя за счет текстурированной формы поверхности (эффект «терки»);
- уменьшение склонности к агрегатообразованию при нестабильной подаче влажного материала (пятно контакта значительно меньше по сравнению с прототипом);
- восстановление инерта при нарушении режима работы и значительном агрегатообразовании без разборки аппарата за счет использования температурной деформации инерта происходит при более низких температурах, что обусловлено меньшим пятном контакта агрегатированных частиц и, следовательно, меньшей механической прочностью агрегатов.
Инертный носитель для сушки суспензий и пастообразных материалов во взвешенном слое, выполненный из эластичного полимерного материала с размещенным внутри частиц инерта термобиметаллическим элементом в виде двойного сферического сегмента, отличающийся тем, что с целью интенсификации процесса сушки путем увеличения удельной поверхности тепломассообмена и удельного количества наносимого влажного материала, а также улучшения качества распределения влажного материала на инерте, поверхность частиц инерта выполнена текстурированной.
