Способ термообработки дисперсных материалов и установка для его осуществления

Союз Советских Социалистических РЕСПУблИКОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУо 748099Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к технике сушки и термообработки сыпучих мате риалов, преимущественно зерна.Известны способы термообработки дисперсных материалов, например зер на, путем их сушки во взвешенном состоянии, контактного тепломассообмена, промежуточного и окончательного охлаждения, первое из которых ведут в восходящем потоке наружного 1 О воздуха с последующей подачей в этот поток сырого материала при нагреве полученной аэросмеси с помощью рекуперативного теплоподвода. Для осуществления этого способа иэвест ны установки, содержащие пневмотрубу, подключенную через тепломассообменник и параллельно расположенным рециркуляционной колонке и охладительной шахте. Колонка выполне на в виде массопровода, подсоединенного к нижней части пневмотрубы, основание которой подключено к источнику холодного воздуха, а средняя часть пневмотрубы выполнена в виде 25 кожухотрубного рекуперативного теплообменника 11) .Недостаток способа и установки заключается в технологической и кон,структивной сложностй. ЗО Известны также способы термообработки дисперсных материалов путем их продувки воздухом во взвешенном состоянии при кондуктивном теплоподводе от смеси высокотемпературного теплоносителя и циркулирующей по замкнутому контуру промежуточной дисперсной насадки. Предусмотрена многократная циркуляция материала с промежуточным охлаждением. Для осуществления данного способа существуют установки, содержащие оборудованный загрузочной и разгрузочной течками корпус со встроенным теплообменником, состоящим по крайней мере иэ четырех последовательно соединенных промежуточными коллекторами (одинакового сечения) секций и с сепаратором для отделения дисперсной насадки, установленным на выходе иэ трубной полости теплообменника и подключенным трубопроводом к линии связи источника теплоносителя с трубной полостью теплообменника 125Однако для сушки зерна до кондиционной влажности необходимо осуществлять неоднократную циркуляцию материала с промежуточным охлаждением. Неоднократная циркуляция материала в этом случае необходима, так какзерно в зоне сушки находится в течение нескольких секунд и материалподсушивается лишь на 1-2. Однакоэто приводит к усложнению процесса.Кроме того, такой способ и соответсвющая установка не могут быть применены для последующеЙ термообработ,ки зерна (обжарки) так как при многократной циркуляции в процессе обжарки происходит иэмельчение зернаи его частичный унос, для обжаркинеобходимо поддерживать более высокую температуру поверхности стеноктеплообменника и, следовательно, высокую температуру уходящих газов, например, при сушке зерна продукты сгорания охлаждаются до 200-250 ОС, чтопримерно на 150-200 ОС выше температуры зерна, При обжарке температуразерна должна быть равна примерно95-105 С, а разница между темпераотурами зерна и дымовыми газами (находящимися внутри трубок теплообменника) должна достигать 300-350 оС,т,е. выходная температура дымовыхгазов будет в пределах 400-450 С,что значительно снижает экономичность установки; при обжарке температура транспортирующего воздухадолжна быть выше температуры термообрабатываемого зерна, а его количество должно быть достаточным для осуществления пневмотранспорта; в условиях пневмотранспорта (воздух в зоне нагрева находится менее секунды)нагреть на таком теплообменникедостаточное количество воздуха до250-300 С невозможно,Целью изобретения является интенсификация тепломассообмена и обеспечения обжарки материалаЦель достигается тем, что продувку ведут при последовательномперемещении материала сначала вплотном падающем слое, а затем вкипящем слое, причем смесь высокотемпературного теплоносителя идисперсной насадки предварительноохлаждают холодным воздухом, направляемым затем на продувку.В известной установке между секциями теплообменника установленагоризонтальная гаэораспределительная.решетка, и промежуточные коллекторывыполнены с уменьшающимся по ходудвижения теплоносителя сечением,причем загрузочная течка расположена по теплообменником, а разгрузочная - примыкает к решетке.На фиг. 1 схематически изображена установка, разгрузочная течкапримыкает к периферии решетки; нафиг, 2 - то.же, разгрузояная течкапримыкает к центру решетки,Установка содержит течку 1 длязагрузки материала с питателем 2,патрубок 3 для отвода уходящеговоздуха (псевдоожижающего), вертикальный корпус 4, суживающийся в зоне кипящего слоя,четырехсекционный теплообменник 5, коллекторы .б,переменного сечения, горизонтальную газораспределительную решетку 7, у- течку 8 для выгрузки материала,трубопровод 9, соединяющий источник(не показан) теплоносителя с трубной полостью теплообменника 5, шибер 10, отвод 11 с шибером 12 длязамены дисперсной насадки, трубопровод 13, течку 14 с питателем 15 ибункером 16 для пополнения дисперсной насадки, питатели 17 и 18, наклонную перфорированную перегородку19, сепаратор 20, соединенный с вы 15ходом из трубной полости теплообменника и патрубком 21 уходящих газов.Установка работает следующимобразом.Исходный материал (сырое зерно)по течке 1 питателем 2 направляют в20 верхнюю часть корпуса 4. Зерно, двигаясь вниз плотным слоем, поступаетв межтрубное пространство первой походу материала секции теплообменника5 и предварительно подогревается. За 25 тем зерно передвигается по наклоннойперфорированной перегородке 19 ипитателем 18 подается на гаэораспределительную решетку 7 в кипящий слой,где происходит его окончательнаясушка и термообработка (обжарка).Высокотемпературный теплоноситель(продукты сгорания топлива) по трубопроводу 9 с температурой 800-900 оСпоступает последовательно во все секции теплообменника В. Одновременноиз сепаратора 20 по трубопроводу 13при,открытом шибере 10 и закрытом12 поступает дисперсная насадка,например частицы алюминия или кварцевого песка со средним диаметром.40 частиц 1-3 мм, которая смешиваетсяс теплоносителем, нагревается итранспортируется вверх по секциямтеплообменника 5. В сепараторе 20теплоноситель отделяется от дисперс 45 ной насадки и через патрубок 21выбрасывается в атмосферу, а насадка через питатель 17 возвращаетсяв теплообменник 5. Таким образом,для дисперсной насадки создается50 циркуляционный контур. Регучровка.количества циркулирующей насадки. осуществляется лопастным питателем17, одновременно служащим затвором.Для замены дисперсной насадки шибер10 закрывают, а шибер 12 открывают,55 холодный воздух пступает в нижнюючасть вертикального корпуса 4, предварительно нагревается до 300-350 ОСв межтрубном пространстве секцийтеплообменника 5, расположенных ниЩ же гаэораспределительнбй решетки 7,псевдоожижает слой материала, находящийся на решетке 7, затем пронизывает материал, движущийся в плотном слое в межтрубном пространстве .65 секций теплообменника 5 и по накДальнейшее снижение температуры сме 60 65 лонной перфорированной перегородке19, отдавая ему тепло, и через патрубок 3 выбрасывается в атмосферус температурой 70-80 С. При этомвоздух, нагреваясь, предварительноснижает температуру смеси теплоносителя и дисперсной насадки, движущейся по трубной полости теплообменника 5 с 800-900 ОС до 450-500 С. си до 180-220 С происходит в кипящем слое, а окончательное - до80-100 С при передаче тепла плотному слою материала, движу;емуся вмежтрубном пространстве секций теплообменника, расположенных над кипящим слоем. Поскольку происходитрезкое снижение температуры теплоносителя с 800-900 С до 80-100 С,то скорость его значительно уменьшается, поэтому для предотвращениявыпадания дисперсной насадки коллекторы, соединяющие секции теплообменника, выполнены с уменьшающимсяпо ходу движения теплоносителя сечением. Такое выполнение коллекторовпозволяет кроме того, значительноснизить начальную скорость теплоносителя для уменьшения гидравлического сопротивления (в данном случаеиз-за многочисленных поворотов потока теплоносителя это имеет большоезначение) и использовать высокотемпературную смесь, что способствуетрасширению области применения описанной установки. Так как скоростьдвижения воздуха через плотный слойматериала должна выбираться с учетом наименьшего гидравлического сопротивления и обеспечения заданной степени нагрева или охлаждения и отличается (в меньшую сторону) от скорости воздуха, обеспечивающей псевдоожижение слоя, то вертикальный корус в зоне кипящего слбя выполнен меньшего сечения. Оптимальная скорость псевдоожижения, например для зерна, равна 2,4-3,0 м/с, скорость движения воздуха через плотный слой материала должна быть в пределах 0,5-1,0 м/с, чтобы обеспечить небольшое гидравлическое сопротивление. Для других материалов это соотношение может быть несколька другим. Исходя из этого, а также учитывая конструктивные соображения, площадь наименьшего сечения вертикального корпуса в зоне псевдоожиженного слоя должна составлять 0,2-0,4 площади поперечного сечения вертикального корпуса.В кипящем слое имеет место некоторая неравномерность термообработки материала. Для устранения этого в случае необходимости устройства может быть выполнено по схеме, изображенной на фиг, 2, Течка для разгрузки материала (фиг. 2) расположена в 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 зоне кипящего слоя. В этой установке после кипения материал плотнымслоем движется в межтрубном пространстве секций теплообменника, расположенных ниже газораспределительной решетки. Такое осуществление процесса приводит к более равномернойтермообработке материала и кроме этого, позволяет охладить термообработанный материал окружающим воздухом.Эта установка, однако, имеет болеевысокое гидравлическое сопротивление.В зависимости от требований можетприменяться как установка, изображенная на фиг. 1, так и установка,изображенная на фиг, 2.Приведен конкретный пример осуществления предлагаемого способа термообработки дисперсных .материалов.Испытания проводятся на крупнолабораторной установке. В качестве материала используется зерно. Зерно сначальной влажностью соо= 25 и начальной температурой 20 С в течение2,5 мин нагревается при движении вплотном слое до 34 С, при этом влажность зерна снижается на 1,8. Затем в кипящем слое в течение 11 минпроисходит термообработка зерна при102 С,при этом зерно полностью высушивается и=О,ОЫ и приобретает коричневую окраску. Дымовые газы (продукты сгорания) поступают в смеси с промежуточной дисперсной насадкой вустановку с температурой 800 оС, предварительно (до кипящего слоя) температура их снижается до 420 оС наружным воздухом, который р этом нагревается от 20 ОС до ЗОООС, затем всекции теплообменника, находящейся вкипящем слое, смесь дымовых газови дисперсной насадки охлаждаетсядо 187 ОС, отдавая тепло слою материала. Дальнейшее снижение температуры смеси дымовых газов и дисперсной насадки происходит до 85 оСза счет отдачи тепла плотному движущемуся слою материала в верхнейчасти установки. Температура воздуха в кипящем и плотном слояхпостепенно снижается до 73 С навыходе из установки. Приведенныйпример свидетельствует, что предлагаемые способ и установка позволяют производить полную термообработку зерна без его рециркуляциипри высоком термическом КПД процесса,Формула изобретения1. Способ термообработки дисперсных материалов, преимущественно зерна, путем их продувки воздухом при кондуктивном теплоподводе от смеси высокотемпературного теплоносителя и циркулирующей по замкнутому конту748099 8 ру промежуточной дисперсной насадки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсификации тепломассообмена и обеспечения обжарки материала, продувку ведут при последовательном перемещении материала, сна чала в плотном падающем слое, а затем в кипящем слое, причем смесь высокотемпературного теплоносителя и дисперсной насадки предварительно охлаждают холодным воздухом, подаваемым затем на продувку.2. Установка для термообработки дисперсных материалов способом по п. 1, содержащая оборудованный загрузочной и разгрузочной течками кор пус со встроенным.теплообменником, состоящим по крайней мере из четырех последовательно соединенных промежуточными коллекторами секций, с сепаратором для отделения дисперс 20 ной насадки, установленным на выходе из трубной полости теплообменника и подключенным трубопроводом клинии связи источника теплоносителяс трубной полостью теплообменника,о т л и ч а ю щ а я с я тем, чтомежду секциями теплообменника установлена горизонтальная газораспределительная решетка, и промежуточныеколлекторы выполнены с уменьшающимся по ходу движения теплоносителясечением, причем загрузочная течкарасположена над теплообменником, аразгрузочная - примыкает к решетке. Источники информации,,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 427217, кл. Г 26 В 17/10, 1972.2. Авторское свидетельство СССРР 547621, кл, Г 26 В 17/10, 1975.748099 Гб Составитель Ю, МартинчикРедактор Ю. Петрушко Техред Я, Бирчак Корректор Е, Папп Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 4345/9 1 ЦНИИПИ Го по дел 113035, МосТираж 747 Подписноедарственного комитета СССРм изобретений и открытийа, Ж, Раушская наб., д. 4/5