(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl5: F26B 17/18 F26B 3/10 F26B 17/10 (54) Suszarka strumieniowa do suszenia materiałów o dużej zawartości wilgoci (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 08/90 (73) Uprawniony z patentu: Instytut Ciężkiej Syntezy Organicznej BLA- CHOWNIA", Kędzierzyn-Koźle, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/92 (72) Twórcy wynalazku: Andrzej Maślanka, Kędzierzyn-Koźle, PL Maria Kierat, Kędzierzyn-Koźle, PL Jerzy Niczek, Kędzierzyn-Koźle, PL Krystyna Kunicka, Kędzierzyn-Koźle, PL PL B1 (57) Suszarka strumieniowa do suszenia materiałów o dużej zawartości wilgoci, wyposażona w rurę suszarniczą, dystrybutor czynnika suszącego, przesłonę i mieszadło, znamienna tym, że dystrybutor czynnika suszącego zaopatrzony w kanał dolotowy (4) i umiejscowiony w najniższym punkcie rury suszarniczej (2), posiada kształt pierścienia, którego dno (6) stanowi wycinek płaszczyzny śrubowej, nad nim umieszczona jest przesłona (5) ze szczelinami wlotowymi, a ponad nią łopatkowe mieszadło dezintegrujące (3), natomiast powyżej strefy działania mieszadła dezintegrującego (3) usytuowany jest otwór wlotowy (1) materiału suszonego.

2 Suszarka strumieniowa do suszenia materiałów o dużej zawartości wilgoci Zastrzeżenie patentowe Suszarka strumieniowa do suszenia materiałów o dużej zawartości wilgoci, wyposażona w rurę suszarniczą, dystrybutor czynnika suszącego, przesłonę i mieszadło, znamienna tym, że dystrybutor czynnika suszącego zaopatrzony w kanał dolotowy (4) i umiejscowiony w najniższym punkcie rury suszarniczej (2), posiada kształt pierścienia, którego dno (6) stanowi wycinek płaszczyzny śrubowej, nad nim umieszczona jest przesłona (5) ze szczelinami wlotowymi, a ponad nią łopatkowe mieszadło dezintegrujące (3), natom iast powyżej strefy działania mieszadła dezintegrującego (3) usytuowany jest otw ór wlotowy (1) materiału suszonego. * * * Przedmiotem wynalazku jest suszarka strumieniowa do suszenia materiałów o dużej zawartości wilgoci, mających tendencję do aglomeracji. Powszechnie do suszenia materiałów o znacznej zawartości wilgoci stosowane są urządzenia, w których proces przebiega w tzw. stanie zawieszonym. Są to np. suszarki fontannowofluidyzacyjne oraz strumieniowe. W tego typu aparatach m ożna prowadzić proces suszenia materiałów o różnej postaci (pasta, aglomeraty, ziarno itp) i różnej zawartości wilgoci. W suszarkach strumieniowych proces suszenia polega na wprowadzeniu wilgotnych cząstek materiału do strumienia gorącego czynnika suszącego, w którym podczas transportu powstałej dyspersji następuje jego suszenie. Do suszarek tej grupy zaliczane są suszarki pneumatyczne, wirowe, z przepływem spiralnym itp. Suszarka przedstawiona w polskim opisie patentowym nr wyposażona jest w pionowy cylindryczny korpus, w którego dolnej części znajdują się wloty gazu suszącego, o osiach strumieni zwykle stycznych do powierzchni korpusu, oraz doprowadzenie suszonego materiału. W górnej części jest wylot wysuszonego materiału. Suszenie odbywa się w wirującym złożu fluidalnym, utworzonym dzięki wzajemnemu oddziaływaniu mieszanego materiału oraz wirującego powietrza. W celu poprawy możliwości kontroli procesu zastosowano w tym rozwiązaniu jednowieńcową kierownicę łopatkową, której zadaniem jest regulacja prędkości gazu suszącego w komorze suszącej. Polski opis patentowy nr przedstawia suszarkę, w której zastosowano zgarniaki w kształcie graniastosłupów, eliminujące niebezpieczeństwo zapychania otworów wlotowych gazu suszącego materiałem odrywanym od ścianek korpusu, a lokalne odchylenie przyściennej warstwy gazu, kierowanego wzdłuż osi suszarki, zwiększa burzliwość przepływu gazu suszącego, intensyfikując w ten sposób proces suszenia. W polskim opisie patentowym nr przedstawiono rozwiązanie umożliwiające jednoczesne prowadzenie procesu suszenia i frakcjonowania suszonego materiału o różnej granulacji. W ewnątrz obudowy w kształcie odwróconego stożka umieszczono współosiowe rury odprowadzające wysuszony materiał, który wprowadzany jest wraz z gazem suszącym, stycznie do obudowy, w jej części szczytowej. Na wysokości końca zewnętrznej ze współśrodkowych rur wprowadzany jest stycznie dodatkowy strumień powietrza suszącego. Proces suszenia w tym aparacie przebiega w strumieniu wirujących strumieni powietrza. Prowadzenie procesu suszenia, w klasycznych suszarkach pneumatycznych, materiałów zawierających znaczne ilości wilgoci nastręcza wiele trudności. Jedną z nich jest sposób zdyspergowania materiału wilgotnego w strumieniu gorącego czynnika suszącego do tego stopnia, by suszony materiał mógł być przez ten strumień uniesiony. W większości rozwiązań stosowane są szybkoobrotowe, wirujące mieszadła lub podobne konstrukcje. Zazwyczaj wykonywany przez te urządzenia ruch obrotowy współdziała z przepływającym strumieniem czynnika suszącego. W rozwiązaniu przedstawionym w polskim opisie patentowym nr materiał suszony wyprowadzany jest do suszarki pneumatycznej przy pomocy dodatkowego strumienia powietrza,

3 przechodzącego wraz z tym materiałem przez wentylator wrzutowy, powodujący jego rozdrabnianie. Strumień powietrza, w którym znajduje się zdyspergowany materiał, wpływa do klasycznej suszarki pneumatycznej rurą centryczną, chłodzoną dodatkowo strumieniem powietrza zimnego. W polskim opisie patentowym nr wilgotny materiał wprowadzany do suszarki porusza się początkowo w przeciwprądzie, a następnie współprądowo w stosunku do gazu suszącego, przy czym podczas ruchu przeciwprądowego ulega on rozdrabnianiu. Rozdrabnianie zachodzi na skutek ekspansyjnego działania pary powstającej wewnątrz materiału oraz na skutek tarcia o przepływający gaz i o inne bryłki w podobny sposób unoszone. Proces suszenia materiału ulegającego zbryleniu w suszarce pneumatycznej, przedstawiony w polskim opisie patentowym nr , polega na wprowadzaniu materiału wilgotnego w sposób ciągły w strumień gazu suszącego, bezpośrednio w strefę działania wirującego szybkoobrotowego mieszadła, gdzie po rozdrobnieniu i podsuszeniu jest on unoszony przez ten strumień i dosuszany do wymaganej wilgotności. Bezpośrednio pod wirującym mieszadłem umieszczona jest przepona filtracyjna, przez którą płynie gorący gaz suszący. Zadaniem przegrody jest zapobieganie przedostawaniu się materiału suszonego poniżej strefy działania mieszadła. Przepływ strumienia gazu suszącego jest osiowy. Inny przebieg procesu suszenia materiałów ulegających zbryleniu podano w polskim opisie patentowym nr Proces ten realizuje się poprzez wydzielanie frakcji gruboziarnistej ze strumienia technologicznego, jej rozdrobnienie i ponowne zawrócenie do zasadniczego strumienia technologicznego. Suszarka strumieniowa według wynalazku posiada rurę suszarniczą, gdzie w najniższym punkcie wbudowany jest, wyposażony w kanał dolotowy dystrybutor czynnika suszącego, posiadający kształt pierścienia, którego dno stanowi wycinek płaszczyzny śrubowej. Ponad dystrybutorem umieszczona jest przesłona ze szczelinami, zabezpieczająca wylot kanału doprowadzającego czynnik suszący przed zaślepieniem suszonym materiałem. Natomiast powyżej przesłony usytuowane jest łopatkowe mieszadło dezintegrujące, zaś ponad strefą działania mieszadła znajduje się otwór wlotowy materiału suszonego. Proces suszenia prowadzony jest intensywnie w wirującym złożu dynamicznym. Suszone cząstki poddawane są tam skumulowanemu działaniu udarowemu łopatek wirującego mieszadła dezintegrującego i poruszającego się w strefie przyściennej ruchem wirowo-śrubowym, nadanym w dystrybutorze o zaproponowanej konstrukcji, czynnika suszącego. Cząstki o dostatecznie małej granulacji unoszone są poza strefę wirującego złoża dynamicznego, natomiast większe, poruszające się ruchem spiralnym, opadają w strefę centralną tego złoża, gdzie w wyniku działania siły odśrodkowej, kierowane są w jego część zewnętrzną i tam ponownie poddawane są działaniu udarowemu łopatek mieszadła i separującemu strumienia czynnika suszącego. M ateriał cyrkuluje w złożu dopóki nie wysuszy się i nie osiągnie odpowiednich wymiarów, by móc być wyniesionym ze złoża. Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, który schematycznie obrazuje konstrukcję urządzenia. Suszarka strumieniowa według rozwiązania będącego przedmiotem wynalazku wyposażona jest w rurę suszarniczą 2, posiadającą w górnej części otwór wlotowy 1 materiału suszonego, natom iast w najniższym punkcie - dystrybutor czynnika suszącego, zaopatrzony w kanał dolotowy 4 i mający kształt pierścienia, którego dno 6 stanowi wycinek płaszczyzny śrubowej. Ponad dystrybutorem umieszczona jest przesłona 5 ze szczelinami, zaś powyżej przesłony 5 usytuowane jest mieszadło dezintegrujące 3 typu łopatkowego. Działanie suszarki strumieniowej według wynalazku polega na tym, że wprowadzany do pionowej rury suszarniczej 2 wilgotny materiał dostaje się bezpośrednio do strumienia czynnika suszącego poruszającego się ruchem wirowo-śrubowym lub do szczytowych partii wirującego złoża dynamicznego. Duża prędkość przepływającego strumienia powoduje uniesienie części wprowadzonego materiału, który dodatkowo, w wyniku wzajemnego oddziaływania powietrze-materiał, jak również, na skutek tarcia m ateriału o ścianki rury suszarniczej, podlega częściowemu rozdrabnianiu. Większe cząstki wilgotnego materiału, które nie mogą być uniesione w strumieniu wirującego czynnika suszącego, opadają po torze krzywoliniowym w kierunku osi rury. Po osiągnięciu powierzchni złoża działające siły: grawitacji i odśrodkowe, kierują je w strefę działania łopatek mieszadła 3 dezintegratora. Działanie udarowe łopatek powoduje rozbicie cząstek, a wpływający

4 poprzez szczeliny przesłony 5, ruchem wirowo-śrubowym, czynnik suszący dokonuje selekcji rozdrobnionego materiału, unosząc cząstki mniejsze, lepiej wysuszone, ponad złoże, kierując je w strefę transportu pneumatycznego. Pozostałe cząstki, wyniesione po torze spiralnym ponad powierzchnię złoża, tworzą pierścień cząstek zawieszonych (wirująca warstwa pseudofluidalna), z którego sukcesywnie wypadają w kierunku osi rury. Przedstawione działanie pozwala na prow a- dzenie procesu suszenia materiałów wymagających dłuższych okresów przebywania w aparacie suszarniczym, na przykład w klasycznych suszarkach pneumatycznych, materiałów zawierających znaczne ilości wilgoci (nawet do 50% wagowych), a także wykazujących tendencję do aglomeracji, uplastyczniania oraz adhezji w stosunku do ścian aparatu. Efekty powyższe osiągnięto poprzez utworzenie, na dnie rury suszarniczej, złoża cyrkulującego z pseudofluidalną warstwą wirujących aglomeratów poprzez skumulowane oddziaływanie łopatek wirującego mieszadła 3 oraz poruszającego się z dużą prędkością strumienia wirowo-śrubowego czynnika suszącego. Zapobiega to przyleganiu cząstek do ścian aparatu, intensyfikuje proces suszenia, rozdrabnia cząstki do wymiarów takich, by mogły być uniesione w strumieniu klasycznego transportu pneumatycznego. Utrzymanie na stosunkowo długim odcinku drogi cząstek suszonych, wirujących, znacznych wielkości prędkości poślizgu - w znakom ity sposób intensyfikuje proces wymiany masy (odparowanie rozpuszczalnika). Czynnik suszący wprowadzany jest do aparatu kanałem dolotowym 4, umieszczonym w pozycji stycznej lub bliskiej stycznej w stosunku do rury suszarniczej 2. Po osiągnięciu punktu styczności kanał dolotowy 4 przybiera kształt cylindryczny z dnem spiralnym 6, tworząc przewód krzywoliniowy o malejącej powierzchni przekroju poprzecznego. Takie ukształtowanie kanału dolotowego 4 powoduje ukierunkowanie przepływu i nadanie czynnikowi suszącemu ruchu wirowo-śrubowego. Czynnik suszący wpływa następnie do wnętrza rury suszarniczej 2 poprzez przesłonę 5 w kształcie pierścienia ze szczelinami wlotowymi, rozmieszczonymi promieniowo w tej części, gdzie czynnik suszący wykonuje ruch wirowo-śrubowy. Przesłona 5 zabezpiecza ujście kanału dolotowego 4 przed zaślepieniem; natomiast ponad przesłoną 5, w rurze suszarniczej 2, wiruje mieszadło 3 typu łopatkowego, które spełnia rolę dezintegratora. Mieszadło jest tak skonstruowane, że jego ramiona przemieszczają się tuż nad przesłoną 5, a łopatki wzdłuż ściany rury suszarniczej 2. Wysokość i ilość łopatek mieszadła 3 zależy od parametrów prowadzenia procesu suszenia i charakterystyki materiału suszonego. Ponad strefą działania mieszadła łopatkowego 3 znajduje się otwór wlotowy 1 materiału suszonego. Materiał podawany jest do wnętrza aparatu suszarniczego przy pomocy urządzenia dozującego o stałym wydatku. Czynnik suszący, napływający do suszarki, porusza się w kanale dolotowym 4, z prędkością od 2 do 8 razy większą w stosunku do prędkości liniowej na przekrój rury suszarniczej 2. Prędkość liniowa krańcowych łopatek mieszadła dezintegrującego 3 zawiera się w zakresie od 2 do 20 m /s. Istnieje możliwość sterowania hydrodynamiką prowadzonego procesu suszenia nie tylko zmieniając prędkość czynnika suszącego, ale również zmieniając kąt jego napływu do rury suszarniczej 2. Nachylenie płaszczyzny śrubowej dna 6 dystrybutora decyduje o sile wznoszącej strumienia czynnika suszącego wpływającego do suszarki. Dla ustalonej prędkości czynnika suszącego w kanale dolotowym 4 istnieje możliwość zmiany kąta jego napływu do rury suszarniczej 2. Zmiany te uzyskuje się zmieniając proporcję wysokości i szerokości kanału dolotowego 4 w jego części pierścieniowej. Jeśli zwiększymy wysokość kanału, czyli jednocześnie ulegnie zwiększeniu kąt napływu, to szerokość kanału, czyli szerokość pierścieniowej warstwy wirującego złoża pseudofluidyzacyjnego, ulegnie zmniejszeniu. Ta możliwość dokonywania zmian wymiarów geometrycznych dystrybutora pozwala na sterowanie procesem suszenia. Zwiększenie kąta napływu powoduje występowanie większych sił wynoszących, przez co czas przebywania materiału w strefie intensywnego suszenia skraca się. Jednocześnie następuje zwężenie pierścienia, w którym utw o- rzona zostaje wirująca warstwa pseudofluidalna. Przykład. W przeprowadzonych testach suszarniczych zastosowano urządzenie według wynalazku. Do suszarki pneumatycznej, z zamontowanym dystrybutorem powietrza i mieszadłem dezintegrującym, o średnicy rury suszarniczej 0,08 m wprowadzono z szybkością od 5 do 15 kg/h wilgotny surowiec. M ateriał ten charakteryzował się znaczną adhezją w stosunku do ścianek aparatu i tendencją do aglomeracji. Zawierał wilgoć w granicach od 25 do 50% wagowych. W typowych suszarkach pneumatycznych próba suszenia tego surowca nie powiodła się.

5 Następowało sukcesywne zaślepianie rury suszarniczej (szczególnie w obrębie wlotu surowca do rury suszarniczej) oraz opadanie większych aglomeratów w dół, akum ulacja ich w przewężeniach lub kolanie. Czynnikiem suszącym było powietrze o tem peraturze C, które napływało kanałem wlotowym o wymiarach 40 mm X 20 mm w ilości m3/h. Mieszadło dezintegratora wirowało z prędkością obrotową 1400 min-1. Obok znacznej poprawy parametrów ruchowych suszarki według wynalazku, w stosunku do tradycyjnej suszarki pneumatycznej, jednocześnie następowało zwiększenie intensywności procesu suszenia, co stwierdzono dokonując oceny zawartości wilgoci w produkcie finalnym (obniżenie nawet o 100%). Ponadto uzyskany produkt charakteryzował się większym rozdrobnieniem.

6 Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena zł