Ротационный воздухораспределитель для обработки слабо сыпучих материалов в псевдоожиженном слое

Союз Советскмя Социалистическик РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(32) 12. 05. 77 Р 26 В 17/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий,451 (088. 8) Дата опубликования описания 280283 Иностранцы орст, Фрей йсснер Мар(ГДР) Авторыизобретения Ширнер Р Фише Иностранное предпри ФФБ Цукер-унд Стэркеин(5 ОТАЦИОННЫЙ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ ОБРАБОТКСЛАБО СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМСЛОЕ И воздух слабо же нном разных ной по при мен наприм Из ерез ходя ериа СЬев 57) . р бретение касается ротационного ораспределителя для обработки сыпучих материалов в псевдоожислое, в особенности порошкооб-или сыпучих материалов с влажверхностью. Изобретение может яться в таких процессах, как, ер, охлаждение, сушка, процесшивания и реакции. 10 естны метод и устройство, когда входные отверстия для воздуха, ие вблизи земли, в сыпучий мапрерывисто вдувается воздух -пд.-сесЬ. 32, 1960, 4, 253 Недостатком при этом является сложное устройство для прерывистой подачи воздуха, который, кроме того, вводится все время в одном месте.Если необходимо реализовать более высокие скорости ожижающего воздуха, то система подачи и распределения воздуха становится еще более сложной.В 00-Р 5103 460 описывается устройство для псевдоожижения стандартного крахмала без вспомогательных ожижающих средств, Стандартный крахмал образует такие слабо сыпучие груды, для которых гомогенное псевдоожижение обычными способами не представляется возможным. Согласно 00-Р 103 460 ожижающий воздух вдувается в сыпучий материал с помощью ротационного напольного воздухораспределителя, Последний состоит из воздушного короба, распределительной головки с уплотнениями и некоторого количества распределительных трубок, а также связанного с распределительной головкой приводного вала, через который приводится от двигателя воздухораспределительное устройство. Распределительная головка располагается в центре напольной части устройства.Распределительные трубки доходят до внутренней стенки цилиндрической части аппаратуры с псевдоожиженным слоем. Каждая отдельная распределительная трубка снабжена по всей длине продольным шлицом или большим количеством мелких, плотно прилегающих друг к другу отверстий, через которые завихренный воздух поступает в сыпучий материал. Благодаря этому активная часть распределительной трубки при одном обороте воздухораспределителя обходит всю поверхность пола аппарату ы с псевдоожиженным слоем.вНеизменное удельное распределение воздуха, отнесенное к радиусу напольной части, и эквивалентное распределение воздуха, отнесенное к площади напольной части, может быть достигнуто путем расположения шлицов с одина-ковой шириной или отверстий с одинаковым диаметром, или же расположения расширяющегося к периферии шлица или отверстий с увеличенным диаметром на воздухораспределительной трубке в 10 радиальном направлении.Однако описанное в 00-Р 5103 460 приспособление для распределения воздуха имеет в принципе целью точное распределение псевдоожиженного слоя, 15Независимо от намечаемого распределения воздуха всегда возникает уже описанное (Саед. Тесп. 22, 1970, 3, с. 140-144) падение плотности и постоянно циркулирующий.псевдоожиженный слой. Отсюда очевидно, что описанные меры по распределению воздуха эффективны только в ограниченной степени. Перепад плотности и постоянно циркулирующий псевдоожиженный слой возникают потому, что оканчивающиеся у распределительной головки распределительные трубки имеют здесь наименьшую окружную скорость. Поэтому внутренние активные части распределительных трубок объединяются и действуют как один стационарно установленный воздушный канал. Если. аппаратура с псевдоожиженным слоем с описанным распределением воздуха работает со сравнительно высокой скоростью ожижающего воздуха, то качество псевдоожиженного слоя резко ухудшается. Образуется фонтанирующий слой с пневматически подающим выпускным каналом. При переходе от циркулирующего псевдоожиженного слоя к фонтанирующему слою вынос скачкообразно возрастает, повышение скорости ожижающего воздуха не приводит к эк вивалентному повышению теплопередачи между поверхностью теплообмена и слоем. фонтанирующий слой характеризуется далее экстремальными перепадами плотности, из-за чего расположенные в фонтанирующем слое встроенные детали, такие, например, как нагревательные или холодильные трубки, могут нарушать его до такой степени,-что циркуляция будет парализована, и нетермостойкие материалы могут спекать-" ся и возгораться.Другой недостаток заключается в том, что относительно малые сечения выходных отверстий склонны к быстрому засорению.60Цель изобретения состоит в расширении области применения обработки сыпучих материалов в псевдоожиженном слое, обеспечении надежного иапользования внутренних нагревательных или 65 охлаждающих поверхностей и улучшении их действенности, а также в повышении технико-экономической эффективности решаемой технологической задачи с меньшими энергетическими и техническими затратами.В основе изобретения лежит задача создать ротационный воздухораспределитель, с помощью которого удалось бы так улучшить распределение и ввод потока воздуха, чтобы эффективно исключить взаимное влияние и совместное воздействие воздушных выходных отверстий в качестве причины образования стационарно циркулирующих псевдоожиженных слоев и фонтанирующих слоев эффективным образом.Согласно изобретению задача решается тем, что располагается несколько радиально направленных воздухораспределительных трубок, каждая иэ которых имеет выходное отверстие для частичного потока воздуха, различные перекрывающиеся делительные окружности которых имеют эквивалентные радиусы як от 0,5 до 1 г,преимущественно от 0,6 до 0,9 г,при этом межцентровое расстояние а двух соседних выходных отверстий выбрано согласно соотноше- нию причем коэффициеыт К удовлетвбряетсоотношению 5 ( К ( 16,где б - межцентровое расстояние двухсоседних выхлопных отверстийдля воздуха, м;К - коэффициент распространениявоздушных струй;А - общая площадь выходных отверстий для воздуха, м2,количество выходных отверстий для воздуха или воздухораспределительных трубок,Ы - диаметр площади основанияаппаратуры с псевдоожиженнымслоем, м. Коэффициент К может принимать значение от 5 до 16 и зависит, помимо прочего, от выходной скорости частич" ного потока воздуха, высоты псевдоожиженного слоя и гидродинамики псевдоожиженного слоя.Расположение всех выходных отверстий для воздуха на воздухораспределительном устройстве характеризуется далее эквивалентным радиусом г з . Он определяется как сумма расстояний выходных отверстий дЛя воздуха от центра, деленная на количество воздухораспределительных элементов, Эквивалентный радиус расположения воэдухораспределительных элементов по спирали Архимеда составляет приблизительно 0,5 г и представляет собой приблизительно установленную, согласно изобретению, нижнюю границу среднего удаления всех выходных отверстий для воздуха от центра вращения воздухораспределительного устройства.Верхняя граница эквивалентного ра.диуса составляет 1 г , предпочтитель ная область лежит между 0,6 и 0,9 г.Длина воэдухораспределительных элементов устанавливается путем определения расстояния выходных отверстий для воздуха от центра вращения воэ духораспределительного устройства.Удачным оказывается расположение на 1 моснования от 4 до 55 частичных выходных отверстий.Согласно одному иэ вариантов осу ществления общая площадь выходных отверстий для частичных потоков воздуха принята 0,005 м на 1 м 2 основания и 0,004 м на 1 м основания.С увеличением радиуса удельное количество выходных отверстий на 1 м основания аппаратуры с псевдоожиженным слоем может быть значительно снижено, так что удельное количество выходных отверстий находится приблизи тельно в обратной пропорциональной зависимости от диаметра аппаратуры.Это соответствует "живому сечениюсита" всего лишь от 0,5 до 4, благодаря чему существенно облегчается распределение необходимого количества воздуха по сравнению с применявшимися до сих пор устройствами с псевдоожиженным слоем.Целесообразно применять скорости 35частичных потоков воздуха из выходных отверстий между 20 и 100 м/с.Для большого числа слабо сыпучих материалов необходима скорость от 35 до 80 м/с. Это соответствует скорости воздуха в исходной точке воздуш-.ной струи, которая в 5-200 раз вышескорости взвешивания отдельного зерна.В соответствии с одним из вариан тов осуществления окружная скорость вращающегося воздухораспределителяпредусмотрена от 0,3 до б экв /с,При ожижении чрезвычайно тонко- порошковых материалов предпочитают 50ся высокие выходные скорости воздуха.С помощью воэдухораспределителя, согласно изобретению, ожижающий агент разлагается на ограниченное число отдельных потоков, и каждый иэ этих отдельных потоков вводится локализовано в данный момент времени. Отдельные потоки заполняют с ограничением по времени и месту ожижаемый материал.Таким образом, создается опреде ленное количество дискретных циркуляционных слоев, соответствующее количеству отдельных воздушных потоков. Они существуют благодаря вращательному движению воздухораспределителя 65 относительно неподвижной точки основания аппаратуры с псевдоожиженным слоем лишь кратковременно, т.е. на каждом радиусе, отнесенном к выходному отверстию воздухораспределителя, постоянно образуются дискретные циркуляционные слои.Возникающие на каждом радиусе дискретные циркуляционные слои образуют в вертикальном направлении полый цилиндр, толщина стенки которого приблизительно соответствует мгновенной зоне действия выходного отверстия частичного воздушного потока вблизи дна.Поскольку мгновенные зоны действия отдельных воздушных потоков не проникают друг в друга, образуется, исходя из каждого выходного отверстия, дискретный, типичный для циркуляционного слоя перепад плотности. Благодаря ему в рамках дискретного циркуляционного слоя создается циркуляционное движение. Вследствие изменения места расположения выходных отверстий вдоль окружности, отнесенного к выходному отверстию частного радиуса, остоянно возникает новый дискретный иркуляционный слой в действующем кольце делительной окружности.Ожижающий воздух воздействует, таким образом, всегда на области с зернами, имеющими тенденцию к падению. Ускоряющие силы, обусловленные ограниченным по месту выходящим воздухом, компенсируются при этом в направлении движения мест выхода частичных потоков воздуха нисходящим потоком продукта, нисходящая тенденция потока продукта на время действия ожижающего воздуха превращается в восходящую и достигается интенсивное псевдоожижение с постоянно меняющимся главным направлением .обмена.Ожижающий воздух подается тонкой струей под прямым углом или под углом до 30 ф к днищу резервуара. При встрече воздушной струи с.днищем резервуара он широко разворачивается в виде веера, Отражается и отклоняется. При этом воздух перемешивается с находящимся в аппарате сыпучим материалом и образует в вертикальном направлении уже описанный дискретный циркуляционный слой. Зона воздействия воздушной струи приблизительно иден- тична зоне отражения.Поскольку решение, согласно изобретению, является гибким, путем его применения можно решить большое количество технических задач. Большая гибкость достигается путем выбора окружной скорости воздухораспределителя, заданием размеров выходных мест частичных потоков воздуха и скорости истечения воздуха.В зависимости от того, как выбраны окружная скорость воздухораспреде 7,1000707фельным крахмалом и пищевой поваренной солью.В аппаратуру с псевдоожиженнымслоем с диаметром 1,2 м загружаются962 кг молотого сухого пищевого картофеля, 273 кг стандартного картофельного крахмала и 65 кг пищевой поваренной соли. Уже во время заправкичерез воздухораспределитель с 8 отдельными трубками вращающийся со скоростью 60 об/мин подается охижающийвоздух.Скорость ожижающего воздуха составляет 0,32 м/с. Смесь по окончании загрузки практически является гомогенной.Процесс перемешивания заканчивается по истечении дополнительных 20 сдля обеспечения надежности,Обработка материала с влажной поверхностью также не связана с затруднениями. Комки материала очень быстроразбиваются циркулирующими по круговой орбите дискретными циркуляционными слоями, и материал с влажной поверхностью интенсивно перемешиваетсяс имеющимся материалом. Такая обработка описана в следующем примере.П р и м е р 2. Изготовление экстрагированной мочевинной свекловичной стружки,В аппаратуру согласно примеру 1 впсевдоожиженную со скоростью ожижающего воздуха 1 м/с экстрагируемуюсвекловичную:стружку подается 20-ныйводный раствор мочевины, в соответствии с имеющимся количеством.Диаметр частиц экстрагируемой свекловичной стружки лежит между 0,1-4 мм.Несмотря на большие различия в размерах частиц и относительно высокое содержание воды слой не регрессирует.Кроме того, возможно монтироватьв псевдоожиженном слое сложные встроенные элементы, например, трубы, ненарушая качества этого слоя. В процессах сушки благодаря этому соотношение между конвективным и контактным теплом может быть сдвинуто впользу контактного тепла. Ожижающийвоздух в этом случае наряду с достижением желаемой гидродинамики имеетеще задачу удалять влагу, выделяющуюся в процессе сушки, Потери теплатем самым снижаются. лителя, расположение мест выхода воздуха по отношению друг к другу, атакже размеры мест выхода воздуха навоздухораспределительных элементах,получается характерная форма псевдоожиженного слоя. 5Так, например, путем изменения окружной скорости воздухораспределителяможно оказывать влияние на формирование вихревого слоя.При низкой окружной скорости исходящие из воздушных выходных отверстий дискретные циркуляционные слоипроникают до поверхности слоя. Псевдоожиженный слой характеризуетсясильным вертикальным перемешиванием. 15При более высоких окружных скоростях ускоряющие силы выходящего из отдельных отверстий ожижающего воздухакомпенсируются уже в нижних зонахпсевдоожиженного слоя, так что этотслой при прочих равных условиях характеризуется спокойным кипением,На фиг.1 изображена комплектнаяаппаратура с псевдоожиженным слоемс воздухораспределителем; на фиг.2донная часть с воздухораспределителем; на фиг.3 - вариант исполнениявоздухораспределителя с донной частью; на фиг.4 - аппаратура с псевдоожиженным слоем со встроенными узлами, вид спереди.Аппаратура с псевдоожиженным слоем в комплекте состоит из цилиндрического корпуса с оболочкой 1 и дон,ной плиты 2, а также впускного и выпускного штуцеров (фиг.1), Под доннойзплитой 2 расположен воздушный короб7. Внутри корпуса на донной плите 2предусмотрена распределительная головка 4 вращающаяся на валу 3. Распределительная головка 4 несет гори зонтально расположенные воздухораспределительные трубки 5 с отверстиями выхода воздуха б.Фиг.2 и 3 показывают размещение воздухораспределителя на донной пли те 2. В этом иэображении показано межцентровое расстояние б двух соседних выпускных отверстий 6 и ширина В кругового кольца.фиг.4 показывает вариант исполнения сушилки. Существенными элементами этой сушилки являются донная плита 2, согласно фиг.3, обогреваемый двойной кожух, обогреваемый внутренний теплообменник лежащие над псевЮ55 доожиженным слоем устройство подачи продукта и устройство выноса продукта. Ожижающий воздух обеспыливается н циклоне, а подлежащий возврату мате-. 60 риал через лопастной шлюзовой затвор.или другой подобный запорный орган возвращается обратно. П р и м е р 1. Смешивание молотого сухого пищевого картофеля с картоОсобенно благоприятно сказываетсяснижение трудностей ограничения псевдоожиженного слоя при работе с инертными газами или перегретыми парами растворителейП р и м е р 3. Сушка стандартного картофельного крахмала в гигроскопической области.Устройство можно применять с хорошими результатами для сушки стандартного картофельного крахмала в гигроскопической области,Для этого непрерывно загружают 5,625 кг/ч стандартного картофельного крахмала с исходным содержанием влаги х =0,25 кг Н О/кг крахмала и исходной температурой 20 С. Поток ожижающего воздуха с помощью воздухораспределителя, вращающегося со ско:ростью 40 об/мин, грубо подразделяется на 6 отдельных воздушных потоков. Скорость ожижающего воздуха составляет 0,73 м/с, а свободное прост ранство над вихревым слоем (сепарационное пространство) - 1,1 высоты псевдоожиженного слоя.В качестве теплоносителя служит пар с температурой 195 С. 15Сумма всех непосредственно соприкасающихся с псевдоожиженным слоем периферийных и внутренних площадей нагрева составляет 18,7 мЗагруженный материал удаляется 20о из аппаратуры с температурой 100 С и практически обезвожен. Созданный тепловой поток характеризуется коэффициентом теплоотдачи Е=667 ккал/мРС, На килограмм испаренной воды расходу ется 887 ккал.Формула изобретения301Ротационный воздухораспределитель для обработки слабо сыпучих материалов в псевдоожиженном слое,о тл и ч а ю щ и й с я тем, что расположено несколько радиально направлен-З 5 ных воздухораспределительных трубок, каждая из которых имеет выходное отверстие для частичных воздушных потоков, различные перекрывающиеся дели- тельные окружности которых имеют эквивалентные радиусы г 3 кВ от 0,5 до 1, преимущественно от 0,6 до 0,9 , при этом межцентровое расстояние д двух соседних выходных отверстий выбрано согласно соотношениюК = а 40,5 дчГААпричем коэффициент удовлетворяетсоотношению 5 ( К16,где а - межцентровое расстояниедвух соседних выходных отверстий для воздуха, м,К - коэффициент распространениявоздушных струй;А - общая площадь выходных отверстий для воздуха, м2.,п - количество выходных отверс-.тий для воздуха или воздухораспределительных трубок,О - диаметр площади основанияаппаратуры.с псевдоожиженным слоем, м.2. Воздухораспределитель по п.1,о т л и ча ю щ и й с я тем, чтона 1 м основания приходится от 4 до55 выходных отверстий для частичныхвоздушных потоков.3. Воздухораспределитель по пп.1и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что общая площадь выходных отверстийсоставляет 0,005 м 2 на 1 м 2 основанияи 0,004 м на 1 м основания.24. Воздухораспределитель по пп.1-3,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтоколичество мест выхода частичных воздушных потоков приблизительно пропорционально радиусу воэдухораспределительного устройства.Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Германской Демократической Республики.Заказ 1348 иал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проект 36 Тираж 685ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и113035, Москва, Ж, Рау Подписимитета СССРткрытийскан наб., д.4/5