CZ293314B6 - Způsob zchlazování pevných látek a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob spočívá v tom, že pevné látky se podrobují postupnému zchlazování parami dusíku s využitím nuceného příčného proudění chladicího média v předchlazovacím režimu v kombinaci s nepřímým chlazením alespoň jednou chladicí jednotkou a dále v dochlazovacím režimu s nástřikem kapalného dusíku. Zařízení k provádění způsobu je tvořeno tepelně izolovanou komorou (1), sestávající z předchlazovací části (P) a dochlazovací části (D) se sekcemi (2) pro příčnou cirkulaci, ve kterých jsou umístěny prostředky (8) pro dopravu par odpařeného dusíku, vytvářející cirkulační okruhy (9). Sací a výtlakové strany prostředků (8) pro dopravu par odpařeného dusíku jsou propojeny kanály (3) s regulačními prvky (4). Předchlazovací část (P) je opatřena alespoň jednou výparníkovou chladicí jednotkou (5) a dochlazovací část (D) je opatřena prostředky (6) pro přívod kapalného dusíku.ŕ

Description

Způsob zchlazování pevných látek a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zchlazování pevných látek, zejména odpadu z pryže a plastů, určeného pro ekologické zpracování a dále se vynález týká zařízení k provádění zmíněného způsobu.

Dosavadní stav technik

Většina látek mění své mechanické vlastnosti s teplotou. Některé látky s klesající teplotou křehnou (pryž, plasty, ocel) a toho lze s výhodou využít pro ekologickou recyklaci těchto materiálů. Především fragmentace za snížené teploty usnadní separaci pro další zhodnocení druhotných surovin. Snadnější rozpojitelnost se také příznivě projeví ve sníženém příkonu drtiče. Pro některé druhy materiálů je teprve za nízké teploty dosaženo stavu zpracovatelnosti, při kterém lze komponenty separovat. Nízkoteplotní technologií se tak zvýší podíl pevných látek, které je možné zařadit do mechanizované recyklace. Následně to znamená odlehčení životního prostřední a snížení těžby nových surovin. Dosažení změny mechanických vlastností vyžaduje účinné předchlazovací postupy, aby provozní náklady nebyly vysoké, neboť především nákly na ochlazení jsou určující pro volbu ekologicky vhodné nízkoteplotní metody recyklace. Doposud jsou známy způsoby, které využívají ke zchlazování pouze kapalný dusík a jeho páry, nebo k dosažení nízké teploty používají expanzních turbín v uzavřeném nebo otevřeném oběhu. Při ochlazování vznikajícími parami dusíku je problémem malá intenzita přestupu tepla, způsobená při malých rychlostech plynu nízkými hodnotami součinitele přestupu tepla. Známým řešením je například realizace dlouhých předchlazovacích komor (tunelů), které jsou investičně nákladné. Použití ventilátorů k intenzifikaci přestupu tepla u známých postupů však neřeší snížení provozních nákladů, poněvadž spotřeba kapalného dusíku zůstává přibližně stejná.

Podstata vynálezu

Tyto nedostatky jsou vyřešeny způsobem zchlazování pevných látek podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na ochlazované pevné látky se postupně působí parami kapalného dusíku v předchlazovacím a dochlazovacím režimu, přičemž v předchlazovacím režimu jsou tyto ochlazované pevné látky také zchlazovány alespoň jednou chladicí jednotkou při působení nuceného příčného proudění chladicího média a v dochlazovacím režimu jsou zchlazovány nástřikem kapalného dusíku. Ochlazování pevných látek je z hlediska sdílení tepla nestacionární proces, jehož průběh je závislý na řadě vnějších a vnitřních parametrů. Rychlost vyrovnání teploty uvnitř tělesa závisí na homogenitě, fyzikálních vlastnostech, geometrickém tvaru, rozměrech elementů a na okrajových podmínkách. Nucené proudění plynu podstatně zlepší vnější podmínky sdílení tepla, což přispěje ke zmenšení rozměrů podélné ochlazovací komory (linky). Tak je umožněno úsporně využít par odpařeného dusíku vznikajících při styku zkapalněného dusíku s ochlazovaným materiálem a proudícími parami dusíku. Způsobem podle vynálezu lze dosáhnout zvláště významné provozní úspory při recyklaci pryžových výrobků, zejména pneumatik a dalších materiálů s větší měrnou tepelnou kapacitou při vyšších teplotách.

Podstata zařízení k provedení způsobu spočívá v tom, že je tvořeno tepelně izolovanou komorou, sestávající z předchlazovací části, patřené jednou chladicí jednotkou a dochlazovací částí s prostředkem pro přívod kapalného dusíku a v předchlazovací a dochlazovací části jsou vytvořeny sekce pro příčnou recirkulaci chladicího média, opatřené prostředky pro dopravu odpařeného dusíku, zpravidla ventilátory, přičemž v těchto sekcích jsou v izolované komoře provedeny proti sobě otvory k umožnění vstupu cirkulujícího chladivá. Zchlazovaný materiál postupuje shora dolů, přičemž v horní části je ochlazován parami dusíku a nejméně jednou chladicí jednotkou. Příčnou cirkulaci chladicího média umožní ventilátor, který otvory vhání chladivo do zchlazova

-1 CZ 293314 B6 ného materiálu, přičemž chladivo po průchodu zchlazovaným materiálem proudí opět na sání ventilátoru. Nucené proudění plynu tak podstatně zlepší podmínky sdílení tepla a současně přispěje ke zmenšení rozměrů chladicí komory. Sekce jsou propojeny kanály k dosažení smíšené několikanásobné cirkulace odpařených par, která přispívá ke zlepšenému odvodu tepla v jednotíi5 vých cirkulačních okruzích. Chladicí jednotka je zpravidla výpamíková. Zchlazovaný materiál je tak nejdříve předchlazen působením par odpařeného dusíku při pomoci výpamíkového chladicího zařízení a v dochlazovací části komory je dochlazen působením kapalného dusíku. Ekologicky je vhodné, když na chladicí jednotku se použije kompresorové chladicí zařízení se čpavkem nebo jiným vhodným chladivém bez negativního vlivu na životní prostředí. Vzniklé páry dusíku jsou 10 protiproudně odváděny kanály k teplejšímu konci podélné komory, přičemž se využívá jejich chladicího účinku. Odpařený dusík neobsahuje vodní páru a proto se navíc projeví jako ochranný plyn proti vnímání vlhkosti. Tak se dosáhne zmírnění tvorby námrazy na teplosměnné ploše výpamíků chladicího zařízení. Působení výpamíkového chladicího zařízení je potom zahrnuto do celkové tepelné bilance a spotřeba dražšího kapalného dusíku jako chladicího média se významně 15 sníží. Čím vyšší a teplotně proměnlivější je měrná kapalná kapacita přiváděného materiálu, tím výraznější je podíl chladicího zařízení na celkovém chladicím výkonu. Ve výhodném provedení jsou kanály opatřeny regulačními prvky, prostřednictvím kterých je umožněno řízení množství propouštěných par dusíku pro docílení stacionárního stavu, kdy chladný plyn nebude proudit z izolované komory ven a také naopak nebude přisáván teplý vzduch z okolí do izolované komo20 ry.

Při svislém nebo šikmém uspořádání komory se předupraveným zchlazovaným materiálem samovolně zaplní celý průchozí průřez svislé nebo šikmé komory, což se dále projevuje jako výhoda v tom, že nevzniká prázdný prostor, působící zkratově při cirkulaci plynu, takže plyn proudí rov25 noměmě zaplněným příčným průřezem. Taková soustava je málo citlivá na různé vnější tlakové poruchy, například vliv větru.

Přehled obrázků na výkresech

Příklad provedení vynálezu je schematicky znázorněn na přiloženém výkrese, kde na obr. 1 je zobrazen schematický pohled na zařízení podle vynálezu, přičemž komora zaujímá vertikální polohu, na obr. 2 je schematicky znázorněn průřez sekcí se zařazeným prostředkem pro dopravu par dusíku a na obr. 3 je graficky znázorněn průběh tlaku po výšce izolované komory.

Příklad provedení vynálezu

Při jednom z možných provedení způsobu podle způsobu je předupravený materiál zaveden do 40 svislé komory, kde postupuje směrem dolů, přičemž v horní části této komory je předchlazován parami odpařeného dusíku a současně výpamíkovým chladicím zařízením a při dalším postupu zchlazovaného materiálu svislou komorou je prováděno jeho dochlazování vstřikováním kapalného dusíku.

Zařízení k provedení způsobu v daném příkladu provedení sestává ze svislé izolované komory 1, která ve vrchní části vytváří předchlazovací část P a ve spodní části vytváří dochlazovací část D. Svislá izolovaná komora 1 je v dochlazovací části D opatřena prostředky 6 pro vstřikování kapalného dusíku a jak v dochlazovací části D, tak i v předchlazovací části P jsou vytvořeny sekce 2 pro příčnou cirkulaci s umístěnými prostředky 8 pro dopravu odpařeného dusíku, v da50 ném případě ventilátory. Sekce 2 jsou propojeny kanály 3 s regulačními prvky 4, v tomto případě regulačními klapkami. V předchlazovací části P jsou umístěny výpamíkové chladicí jednotky 5. Zchlazovaný materiál postupuje směrem dolů izolovanou svislou komorou 1, přičemž je v přechlazovací části P ochlazován cirkulačními okruhy 9 par odpařeného dusíku. Předupravený zchlazovaný materiál je předchlazen na teplotu, odpovídající výpamé teplotě výpamíkové chladi55 cí jednotky 5 a další zchlazení na konečnou teplotu je dosaženo v dochlazovací části D vstřiková

-2CZ 293314 B6 ním kapalného dusíku. Vzniklé páry dusíku jsou odváděny protiproudně k teplejšímu konci izolované komory J, přičemž se využívá jejich chladicího účinku. V přechlazovací části P i v dochlazovací části D je volen vhodný počet cirkulačních okruhů 9 pro dosažení dostatečně intenzivního sdílení tepla, přičemž počet prostředků 8 pro dopravu par odpařeného dusíku se řídí rozměrem a druhem zchlazovaného materiálu, dobou zchlazování a požadovanou výstupní teplotou. Izolovaná komora je tvořena trubkou 7 čtvercového průřezu, přičemž dvě protilehlé stěny 7.1 a 7.2 této trubky jsou plné a dvě protilehlé stěny 7.3 a 7.4 jsou děrované a tak ke každému cirkulačnímu okruhu 9 příslušejí i izolované komoře 1 dvě plné a dvě perforované protilehlé stěny, které tak spolu s vnějším pláštěm 10 sekce 2 vytvářejí kanál pro příčnou cirkulaci par odpařeného dusíku. Regulačními prvky 4, umístěnými v kanálech 3 se řídí množství stoupajících par dusíku pro docílení stacionárního stavu, kdy chladné páry nebudou proudit ven z izolované komory 1 a nebude se také přisávat teplý vzduch z okolí do izolované komory 1. Tímto propojením lze dosáhnout smíšené cirkulace plynu, která přispívá ke zlepšenému odvodu tepla i mezi jednotlivými cirkulačními okruhy 9. U vertikálního uspořádání izolované komory 1 je regulačními prvky 4 udržováno rozložení tlaku Δρ uvnitř šachty podle obr. 3. Na vstupu i výstupu izolované komory 1 je tak dosaženo nulového rozdílu tlaku vůči okolí a tím jsou výrazně sníženy nároky na těsnost případného uzávěru.

Průmyslová využitelnost

Vynález je určen zejména pro zchlazování pryže a plastů před jejich drcením jako součást ekologického zpracování druhotných surovin. Není však vyloučeno využití vynálezu pro zchlazování i jiných druhů materiálů pro různé účely.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob zchlazování pevných látek, vyznačující se tím, že na zavedené pevné látky se protiproudně působí chladicím médiem v předchlazovacím a následně v dochlazovacím režimu, přičemž v předchlazovacím režimu jsou tyto pevné látky nejdříve zchlazovány alespoň jednou chladicí jednotkou při současném působení par dusíku s nucenou příčnou cirkulací a v dochlazovacím režimu jsou zchlazovány nástřikem kapalného dusíku.
2. 2. Zařízení ke zchlazování pevných látek způsobem podle nároku 1, vyznačující se tím, že je tvořeno tepelně izolovanou komorou (1), sestávající z předchlazovací části (P) s alespoň jednou chladicí jednotkou (5) a za ní vytvořené dochlazovací části (D) s prostředky (6) pro vstřikování kapalného dusíku přičemž v těchto částech (P, D) jsou vytvořeny sekce (2) s otvory pro ke svému pohybu materiálu příčnou cirkulaci chladicího média, opatřené prostředky (8) pro dopravu par dusíku, zpravidla ventilátory.
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že sekce (2) jsou propojeny kanály (3).
4. 4. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že chladicí jednotka (5) je výpamíková.
5. 5. Zařízení podle nároku 2, v y z n a č u j í c í se tím, že tepelně izolovaná komora (1) je vytvořena jako vertikální nebo šikmá.
6. 6. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že kanály (3) jsou opatřeny regulačními prvky (4).