способ распылительной сушки материалов и распылительная сушилка

Формула изобретения

1. Способ распылительной сушки материалов в потоке газообразного теплоносителя, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют подачу второго потока теплоносителя под углом к вектору местной скорости потока теплоносителя в зоне его подачи в импульсно-струйном режиме с частотой импульсов не менее 1/t, где t - минимальное время пребывания частиц материала в камере при отсутствии импульсной подачи теплоносителя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу теплоносителя осуществляют в пульсирующем режиме.

3. Рапылительная сушилка, содержащая камеру, устройства подачи и выгрузки материала, тангенциальный патрубок подвода теплоносителя, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит патрубок подвода второго потока теплоносителя и генератор импульсных струй с выходным щелевым соплом, причем последний установлен в рассечку между патрубком и камерой.

4. Сушилка по п.3, отличающаяся тем, что тангенциальный патрубок и патрубок подвода второго потока теплоносителя соединены байпасной линией.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к распылительной сушке и может найти применение в пищевой, биохимической, фармацевтической и других отраслях промышленности для получения порошковых продуктов из различных видов диспергируемых жидких материалов (растворов, суспензий), в том числе термолабильных материалов.

Известны способ распылительной сушки материалов в потоке газообразного теплоносителя и распылительная сушилка, содержащая камеру, устройство подачи и выгрузки материала и патрубок подвода теплоносителя [1]

Наиболее близким к изобретению являются способ распылительной сушки материалов в потоке газообразного теплоносителя и распылительная сушилка, содержащая камеру, устройство подачи и выгрузки материала и тангенциальный патрубок подвода теплоносителя [2]

Однако сушильные аппараты подобного типа из-за малых скоростей относительного движения фаз, а также из-за недостаточно равномерного смешения частиц диспергируемого материала с теплоносителем имеют высокие материало- и энергоемкость и большие габариты. Кроме того, из-за больших градиентов температуры в потоке теплоносителя вследствие недостаточно равномерного смешения фаз не удается обеспечить однородный режим термообработки материала, что отрицательно влияет на качество конечной продукции.

Для устранения перечисленных недостатков в способе распылительной сушки материалов в потоке газообразного теплоносителя дополнительно осуществляют подачу второго потока теплоносителя под углом к вектору местной скорости потока теплоносителя в зоне его подачи в импульсно-струйном режиме с частотой импульсов не менее 1/t, где t минимальное время пребывания частиц распыленного материала в потоке теплоносителя при отсутствии импульсного вдува (второго потока).

Подачу теплоносителя можно осуществлять в пульсирующем режиме.

Предлагаемый способ реализован в распылительной сушилке, содержащей камеру, устройство подачи и выгрузки материала, тангенциальный патрубок подвода теплоносителя, при этом она дополнительно содержит патрубок подвода второго потока теплоносителя и генератор импульсных струй с выходным щелевым соплом, причем последний установлен в рассечку между патрубком и камерой.

Для осуществления подачи теплоносителя в пульсирующем режиме тангенциальный патрубок и патрубок подвода второго потока теплоносителя могут быть соединены байпасной линией.

Дополнительная подача второго потока теплоносителя под углом к вектору местной скорости потока теплоносителя в зоне его подачи в импульсно-струйном режиме обеспечивает возникновение в потоке теплоносителя вихревых фрагментов, индуцирующих пульсации скорости потока как в поперечном, так и в продольном направлении, что способствует интенсификации процессов тепло- и массообмена и одновременно обеспечивает более равномерное смешение частиц с теплоносителем.

Подача теплоносителя в импульсно-струйном режиме с частотой импульсов не менее 1/t, где t минимальное время пребывания частиц распыленного материала в потоке теплоносителя при отсутствии импульсного вдува, гарантировано обеспечивает нахождение каждой частицы диспергированного материала в условиях высокоградиентных относительных скоростей потока теплоносителя в течение всего времени пребывания их в сушильной камере.

Подача теплоносителя в пульсирующем режиме обеспечивает дополнительные пульсации скорости газа по основному направлению распространения потока теплоносителя (продольные пульсации по потоку), что обеспечивает дополнительное увеличение относительных скоростей фаз и, таким образом, способствует увеличению скорости тепло- и массообмена на поверхности капель (частиц) диспергированного материала.

Дополнительное оборудование сушилки патрубком подвода второго потока теплоносителя и генератором импульсных струй с выходным щелевым соплом, причем последний установлен в рассечку между патрубком и камерой, обеспечивает генерацию вихревых течений и, соответственно, возникновение пульсаций скорости потока теплоносителя по всему объему камеры.

Благодаря соединению тангенциального патрубка и патрубка подвода второго потока теплоносителя байпасной линией возникают автоколебания в канале подачи теплоносителя, что приводит к пульсациям расхода теплоносителя на входе в сушильную камеру.

В качестве генератора импульсных струй использовано известное техническое решение по авторскому свидетельству СССР N 1383015, кл. F 15 B 21/22, 1986.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема распылительной сушилки, реализующей предлагаемый способ; на фиг. 2 камера сушилки, продольный разрез; на фиг. 3-5 разрез А-А на фиг. 2 для различных схем подачи теплоносителя в камеру и в генератор импульсных струй: при независимой подаче, при наличии газодинамической связи между системами подачи и при использовании системы подачи теплоносителя в качестве системы подачи газа в генератор соответственно.

Распылительная сушилка состоит из камеры 1, выполненной в виде цилиндрической обечайки 2 с передней 3 и задней 4 торцовыми стенками. На передней торцовой стенке 3 установлено распылительное устройство 5, выполненное, например, в виде форсунки. На задней торцовой стенке 4 соосно с обечайкой 2 установлен выходной канал 6, сообщающийся с полостью камеры 1. На обечайке 2 выполнены два продольных отверстия 7 и 8 в виде щелей. Отверстия выполнены таким образом, что их продольные оси в поперечной плоскости расположены относительно друг друга под углом Fi равным, например, 120^о. Выходной патрубок 9 газового канала 10 системы подачи теплоносителя, выполненный в виде тангенциального сопла, установлен на обечайке 2 камеры 1 вдоль ее образующей по касательной к поверхности обечайки 2 и соединен с полостью камеры 1 через отверстие 7. Выходной патрубок 11 генератора импульсных струй (ГИС) 12, выполненный в виде щелевого плоского сопла, установлен перед выходным патрубком 9 системы подачи теплоносителя на обечайке 2 камеры 1 вдоль ее образующей под углом, например, 90^о к поверхности обечайки 2. Патрубок 11 соединен с полостью камеры 1 через отверстие 8. Входной патрубок 13 ГИС 12 соединен каналом 14 с системой подачи теплоносителя. Для возбуждения автоколебаний в канале 10 этот канал соединен с каналом 14 байпасной линией (газодинамическим каналом) 15. В частном случае выполнения устройства патрубок 13 соединен с каналом 10 газовым каналом 16. Канал 10 системы подачи теплоносителя соединен с тепловентилятором 17. Канал 14 системы подачи теплоносителя в ГИС 12 соединен с тепловентилятором 18. Распылительное устройство 5 посредством гидравлического канала 19 через гидроклапан 20 соединено с выходом гидронасоса 21, вход которого соединен гидроканалом 22 с емкостью 23 исходного сырья. Выходной канал 6 соединен с устройством улавливания высушенного материала 24, выполненного, например, в виде циклона (или рукавного фильтра), снабженного емкостью 25 для сбора конечного продукта.

Рабочая частота f ГИС 12 задается предварительной настройкой из условия f > 1/t, где t минимальное время пребывания частиц распыленного материала в камере при отсутствии дополнительного импульсного вдува. Для предлагаемой конструкции сушильной камеры t L/(Vч + Vт), где L длина сушильной камеры; Vч и Vт соответственно средние значения величин скорости частиц диспергированного материала в осевом направлении и потока теплоносителя по длине сушильной камеры.

Расход и температура теплоносителя при заданных размерах сушильной камеры определяются экспериментально для каждого конкретного вида исходного сырья в зависимости от термочувствительности и требуемой влажности конечного продукта.

Распылительная сушилка работает следующим образом.

При включении тепловентилятора 17 теплоноситель (в данном случае подогретый воздух) нагнетается в канал 10 и поступает по патрубку 9 через отверстие 7 в камеру 1. Тепловентилятор 18 по каналу 14 через входной патрубок 13 нагнетает воздух в ГИС 12. Поток теплоносителя, истекающий из отверстия 7, создает в камере 1 закрученное относительно оси симметрии камеры 1 течение. ГИС 12 осуществляет генерацию импульсных струй, которые истекают по выходному патрубку 11 через отверстие 8 в камеру 1 в направлении к продольной оси ее симметрии. Нестационарное истечение импульсных полностью прерывистых струй создает в основном закрученном потоке теплоносителя многочисленные нестационарные вихревые зоны течения, заполняющие весь объем сушильной камеры 1. В результате внутри камеры 1 в каждой точке пространства на фоне основного закрученного потока создаются нестационарные вихревые зоны течения с пульсациями амплитуды и направления вектора скорости потока теплоносителя по времени. При импульсном вдуве газа возникают пульсации давления в камере 1 и в каналах 10 и 15 (16), что сопровождается пульсациями расхода теплоносителя, поступающего в камеру 1 по патрубку 9. Пульсации расхода осуществляются в режиме автоколебаний за счет газодинамической связи между каналом 10 и ГИС 12. При включении гидронасоса 21 и открытии гидроклапана 20 жидкий материал из емкости 23 по гидроканалам 22 и 19 начинает поступать на распылительное устройство 5, которое диспергирует материал в сушильную камеру 1. Частицы диспергированного материала, попадая в пульсирующий закрученный поток с вихревыми зонами, движутся по спиральным траекториям, совершая хаотичные пространственные перемещения от воздействия локальных вихревых зон и пульсаций скорости потока. Под действием центробежных сил частицы в результирующем движении перемещаются к обечайке 2 сушильной камеры 1. Далее частицы, попадая в зону истечения импульсных струй, отбрасываются от обечайки 2 в направлении к продольной оси камеры 1. Тем самым обеспечивается равномерное перемешивание частиц с теплоносителем и одновременно предотвращается налипание частиц на внутреннюю поверхность обечайки 2. Нахождение частиц в пристеночной вихревой зоне продолжается до тех пор, пока центробежная составляющая сил, действующих на частицы, не станет меньше аэродинамических сил, вызванных радиально-продольными составляющими течения теплоносителя в направлении к выходному отверстию. Под действием вышеуказанных сил высушенные частицы вместе с парогазовой смесью выходят из сушильной камеры 2 по выходному каналу 6 и попадают в устройство улавливания 24, где происходит отделение высушенных твердых частиц от парогазовой смеси, и далее они накапливаются в емкости 25.

Осуществлялась сушка молока с 12%-ным содержанием твердых компонентов при температуре теплоносителя 42-43^оС и его объемном расходе порядка 0,12 м³/с. Объем сушильной камеры был равен 0,4 м³. Частота генерации импульсных струй составляла порядка 180 Гц. Удельный съем влаги достигал 90 кг/м³ч, а затраты энергии на испарение не превышали 0,8 кВтч/кг испаренной влаги. По расчету при сушке по предлагаемому способу диспергируемых жидких материалов, в частности молока, при температуре теплоносителя 140-150^оС можно обеспечить удельный съем влаги более 1000 кг/м³ ч, что на порядок превышает соответствующий показатель известных сушилок распылительного типа.