PL211465B1 - Urządzenie do suszenia i/lub chłodzenia materiałów ziarnistych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do suszenia i/lub chłodzenia materiałów ziarnistych w warstwach fluidalnych w ukł adzie gaz - ciał o stałe, nadto do prowadzenia reakcji chemicznych lub fizyko-chemicznych w układzie gaz-ciało stałe, w warstwach fluidalnych.

Znane urządzenia do prowadzenia procesów w warstwie fluidalnej stanowią pionowe lub poziome pojedyncze zbiorniki, a także rynny zaopatrzone w dna fluidyzacyjne, w których przepływający gaz powoduje fluidyzację materiału. W przypadku fluidyzacji materiałów łatwo sklejających się występuje niekorzystne zjawisko kanałowania i powstawania lokalnych przestrzeni o zmniejszonej porowatości złoża. W celu uniknięcia tego zjawiska stosuje się aparaty fluidyzacyjne poddawane drganiom, które jednak przenoszone są na posadowienie urządzeń.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 179336 urządzenie do suszenia i/lub chłodzenia materiału ziarnistego, nie wymagające stosowania dodatkowych środków technicznych do wywoływania drgań dla zapobieżenia niekorzystnemu zjawisku kanałowania. Urządzenie wyposażone jest w dwie poziome, przedzielone perforowaną przegrodą komory, w przedniej części której osadzone jest w pozycji pionowej mieszadło, zaopatrzone w ramiona z płaskimi łopatkami, usytuowane nad przegrodą pomiędzy półcylindryczną częścią komory i półcylindryczną pionową przegrodą. Przegroda perforowana w przedniej części komory ma daszkowate otwory ukierunkowane w różne strony dla wywołania ruchu wirowego przez doprowadzany pod przegrodę gaz, zaś przegroda perforowana w tylnej części ma otwory ukierunkowane w stronę króćca do odprowadzania wysuszonego materiału, usytuowanego na końcu. U góry przy końcu części tylnej komory jest usytuowany jeden króciec do odprowadzania wilgotnego gazu. Do ramienia mieszadła przymocowane są wewnętrzne i zewnętrzne łopatki tworzące z osią ramienia kąt zawarty w granicach 0 do 90°.

W celu zwiększenia intensywnoś ci procesu wymiany ciepł a i masy w procesach suszenia i/lub chłodzenia materiałów oraz zwiększenia wydajności produkcji, opracowano zgodnie z wynalazkiem urządzenie, które ma bezpośrednio za pierwszym mieszadłem, osadzonym w komorze z króćcem doprowadzającym materiał ziarnisty, osadzone w sąsiedniej komorze, połączonej z przepływową komorą, drugie mieszadło zaopatrzone w ramiona z łopatkami, usytuowanymi poniżej ramion z łopatkami pierwszego mieszadła, przy czym u dołu na połączeniu komór, w pobliżu mieszadeł są ustawione przesypowe progi. Płaszczyzny styczne do łopatek pierwszego mieszadła tworzą z płaszczyznami prostopadłymi do ich ramion, w kierunku ich obrotu, kąt ostry, korzystnie 30° - 60°. Natomiast płaszczyzny styczne do łopatek drugiego mieszadła tworzą z płaszczyznami prostopadłymi do ich ramion, w kierunku ich obrotu, kąt rozwarty, korzystnie 120° - 150°. Ramiona pierwszego mieszadła w ruchu obrotowym korzystnie zachodzą częściowo za ramiona drugiego mieszadła. Komory z mieszadłami mają u dołu perforowane przegrody, do których przylegają odrębne komory z króćcami, doprowadzającymi fluidyzujący gaz. Komora przepływowa ma u góry króćce odprowadzające gaz, zaś u dołu ma przegrodę, do której przylegają korzystnie dwie odrębne komory z króćcami doprowadzającymi gaz.

Urządzenie według wynalazku zapewnia, poprzez przepuszczanie materiałów przez zestaw dwóch komór z mieszadłami, wspomagane ruchem wirowym fluidyzującego gazu, właściwą fluidyzację materiałów ziarnistych, w tym materiałów łatwo sklejających się, do których zaliczamy między innymi cukier. Konstrukcja urządzenia umożliwia poprzez znaczną intensyfikację wymiany ciepła i masy w procesie suszenia i/lub chłodzenia materiałów, spełnienie wymogów technologicznych, poprawę jakości produktu i uzyskanie wysokiej wydajności produkcji.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie częściowo bez płaszcza w widoku z boku, fig. 2 - urządzenie bez mieszadeł w widoku z góry, fig. 3 - powiększoną część urządzenia w przekroju wzdłużnym po linii A - A według fig. 1, a fig. 4 - przegrody komór w widoku z góry z oznaczonymi strzałkami kierunkami wylotów otworów daszkowych.

Urządzenie składa się z trzech zespolonych ze sobą komór 1, 2 i 3, zawierających na spodzie perforowane przegrody 4, 5 i 6, stanowiące ich dna. Komora 1 z króćcem 7 usytuowanym w górnej części, doprowadzającym wilgotny materiał ziarnisty, oraz komora 2 mają zbliżone do cylindrycznych kształtów płaszcze stalowe, w których od góry na promieniowo wyprowadzonych wspornikach 8 są osadzone mieszadła 9 i 10 z pionowo usytuowanymi wałami, napędzanymi za pomocą oddzielnych motoreduktorów 11 i 12. Czopy wałów u dołu są osadzone w gniazdach, zamocowanych do konstrukcji nośnej urządzenia. Komory 1 i 2 są u dołu wymiarowo dostosowane do wielkości osadzonych w nich mieszadeł. Pierwsze mieszadło 9 ma na wale zamocowaną u dołu piastę, zaopatrzoną w proPL 211 465 B1 stopadle wyprowadzone ramiona 13 z przytwierdzonymi od spodu, wyprofilowanymi łukowo lub płasko, łopatkami 14, poniżej których na przedłużonym wale drugiego mieszadła 10 jest zamocowana piasta, zaopatrzona w ramiona 15 z łopatkami 16. Wały napędowe obu mieszadeł są ustawione korzystnie względem siebie w takiej odległości, że w ruchu obrotowym mieszadeł ramiona częściowo zachodzą za siebie. Przy tych samych wielkościach ramion obu mieszadeł, ramiona te zachodzą za siebie na długości korzystnie wynoszącej od 0,2 do 0,4 długości ramienia, licząc początek ramienia od osi obrotu wału. Zapewnia to odpowiednią intensywną cyrkulację okrężną materiału ziarnistego w tej fazie fluidyzacji. Łopatki pierwszego mieszadła są tak ustawione, że w czasie obrotu ramion wprowadzony materiał ziarnisty jest odrzucany na zewnątrz na boki w kierunku cylindrycznego płaszcza, zaś łopatki drugiego mieszadła są ustawione przeciwnie do pierwszego i powodują przy tych samych kierunkach obrotu zagarnianie materiału do wewnątrz komory. Łopatki pierwszego mieszadła tworzą pomiędzy płaszczyznami stycznymi do łopatek a płaszczyznami prostopadłymi do ramienia w kierunku ich obrotu dwuścienny kąt α, wynoszący korzystnie 30° do 60°, zaś łopatki drugiego mieszadła tworzą pomiędzy płaszczyznami stycznymi do łopatek a płaszczyznami wyprowadzonymi prostopadle do kierunku ich obrotu, dwuścienny kąt rozwarty β, wynoszący korzystnie 120° do 150°. U dołu w pobliżu mieszadeł, na połączeniu komór, są ustawione przesypowe progi 17 i 18. Progi są łukowo wyprofilowane i zamykają u dołu na całej szerokości przestrzeń łączącą sąsiednie komory. Progi mają konstrukcję umożliwiającą ich złożenie np. w końcowej fazie produkcji w celu całkowitego opróżnienia urządzenia z materiału poddanego fluidyzacji.

Perforowane przegrody, usytuowane tuż pod mieszadłami mają kształt tarczy, podzielone korzystnie na cztery równe segmenty w kształcie wycinków kół, w których wykonane są daszkowe perforacje z wylotami otworów skierowanymi w stronę obrotu mieszadeł, przy czym wyloty otworów sąsiednich segmentów są w przybliżeniu usytuowane prostopadle względem siebie. Natomiast przegroda przepływowej komory 3 ma wyloty otworów zasadniczo ukierunkowane w stronę króćca 19, odprowadzającego wysuszony materiał, zamocowanego u dołu na tylnej ściance. Na końcu komory wyloty otworów w przegrodzie są usytuowane prostopadle do pozostałych otworów, co ułatwia naprowadzenie materiału na przesypowy próg 20. Ukierunkowanie wylotów otworów w postaci strzałek, w poszczególnych przegrodach, przedstawiono na rysunku, fig. 4. Przepływowa komora ma kształt zbliżony do ułożonego w pozycji poziomej graniastosłupa, z wyprofilowanym łukowo u góry płaszczem i pochylonymi u góry ścianką przednią i tylną. W łukowo ukształtowanym płaszczu przymocowane są u góry, korzystnie przy wydłużonej komorze przepływowej, dwa oddalone od siebie króćce 21 i 22 odprowadzające podczas suszenia wilgotny gaz. Od spodu do perforowanej przegrody 4 przylega komora 23, przymocowana do konstrukcji nośnej urządzenia, zakończona u dołu króćcem 24, zaś do przegrody 5 przylega komora 25 zakończona u dołu króćcem 26. Natomiast od spodu do perforowanej przegrody 6 przylegają korzystnie dwie komory 27 i 28, przymocowane do konstrukcji nośnej i zaopatrzone u dołu w króćce 29 i 30. Króćce 24, 26, 29 i 30 są przeznaczone do doprowadzania gazu. Dwie oddzielne komory 27 i 28 umożliwiają doprowadzanie w procesie produkcyjnym, w zależności od rodzaju poddanego fluidyzacji materiału, gazów o różnych parametrach technologicznych np. doprowadzenie do pierwszej komory gazu suszącego, zaś do drugiej komory gazu chłodzącego. W przypadku przeznaczenia urządzenia do określonego rodzaju materiału, nie wymagającego doprowadzania pod przegrodę komory przepływowej gazu o różnych parametrach, komory te mogą być zastąpione jedną komorą i jednym króćcem doprowadzającym gaz.

W procesie suszenia, wilgotny materiał ziarnisty wprowadzony króćcem 7 opada poprzez obracające się pierwsze mieszadło 9 na perforowaną przegrodę komory 1. Jednocześnie gaz doprowadzany króćcem 24 do komory 23 przepływa przez przegrodę 4 i przez warstwę wilgotnego materiału w komorze 1, przeprowadzając go w stan fluidyzacji i w cyrkulację okrężną wywołaną obrotem mieszadła i odpowiednim usytuowaniem daszkowych otworów w przegrodzie, odbierając część wilgoci od suszonego materiału. Odpowiednie usytuowanie łopatek 14 na ramieniu 13 jego mieszadła powoduje kierowanie materiału w stronę cylindrycznego płaszcza komory i jego przemieszczenie ponad progiem 17 do sąsiedniej komory 2, w której opada, poprzez niżej usytuowane obracające się drugie mieszadło 10, na perforowaną przegrodę 5. Doprowadzany odrębnym króćcem 26 do komory 25 gaz przechodzi przez perforowana przegrodę i ponownie materiał w komorze 2 jest poddawany w stan fluidyzacji i w cyrkulację okrężną, co powoduje w trakcie procesu dalsze odbieranie wilgoci z suszonego materiału. Odpowiednie usytuowanie łopatek 16 na ramieniu 15 drugiego mieszadła przez jego ruch obrotowy powoduje zagarnianie materiału do wewnątrz komory przez co cała ziarnista struktura przepływającego materiału poddawana jest rozluźnieniu i znacznemu wysuszeniu. Dobrana odpowiednio wysokość

PL 211 465 B1 progów 17 i 18 reguluje do pewnego stopnia czas przebywania materiału w komorach 1 i 2, a zatem jego właściwe wysuszenie na tym etapie procesu suszenia. W dalszym etapie, pod wpływem strumienia gazu wprowadzonego pod przegrodę 5, materiał przepływając ponad przesypowym progiem 18 dostaje się do przepływowej komory 3. Następnie materiał, wspierany przez gaz doprowadzany króćcami 29 i 30 poprzez komory 27 i 28 pod perforowaną przegrodę 6, przepływa wzdłuż komory w kierunku wylotowego króćca 19, usytuowanego na tylnej ściance. Natomiast wilgotny gaz wypływa dwoma usytuowanymi na górze króćcami 21 i 22. Przed odbierającym materiał króćcem jest ustawiony przesypowy próg 20, przez zmianę wysokości którego regulowany jest czas przebywania materiału w urządzeniu i stopień jego wysuszenia i/lub schłodzenia. Zestaw mieszadeł usytuowany w części początkowej urządzenia zapewnia właściwą fluidyzację materiału wilgotnego.

Urządzenie według wynalazku przeznaczone jest do prowadzenia procesów w układzie gaz - ciało stałe, takich jak reakcje chemiczne, reakcje w fazie gazowej katalizowanej stałym katalizatorem, a przede wszystkim do prowadzenia procesów suszenia i chłodzenia materiałów ziarnistych lub obu tych procesów jednocześnie, krystalicznych i granulowanych takich jak: cukier, skrobia, laktoza, krajanka owocowa, krajanka warzywna, tworzywa sztuczne, pigmenty, substancje nieorganiczne czy barwniki.

Claims (7)

1. Urządzenie do suszenia i/lub chłodzenia materiałów ziarnistych, zawierające komory z perforowanymi przegrodami, zaopatrzone w króćce doprowadzające i odprowadzające materiał ziarnisty i fluidyzacyjny gaz, wyposażone w mieszadło usytuowane z przodu w komorze z króćcem doprowadzającym materiał, znamienne tym, że bezpośrednio za pierwszym mieszadłem (9), osadzonym w komorze (1) z króćcem (7) doprowadzającym materiał ziarnisty, jest osadzone w sąsiedniej komorze (2), połączonej z przepływową komorą (3), drugie mieszadło (10) zaopatrzone w ramiona (15) z łopatkami (16), usytuowane poniżej ramion (13) z łopatkami (14) pierwszego mieszadła, przy czym u dołu na połączeniu komór, w pobliżu mieszadeł są ustawiane przesypowe progi (17 i 18).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że płaszczyzny styczne do łopatek (14) pierwszego mieszadła (9) tworzą z płaszczyznami prostopadłymi do ramion (13) w kierunku ich obrotu kąt ostry α, korzystnie 30°-60°.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że płaszczyzny styczne do łopatek 16 drugiego mieszadła (10) tworzą z płaszczyznami prostopadłymi do ramion 15 w kierunku ich obrotu kąt rozwarty β, korzystnie 120° -150°.

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ramiona (13) pierwszego mieszadła (9) w ruchu obrotowym zachodzą częściowo za ramiona (15) drugiego mieszadła (10).

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że komora (1) ma u dołu perforowaną przegrodę (4), do której przylega odrębna komora (23) z króćcem (24), doprowadzającym fluidyzujący gaz.

6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że komora (2) ma u dołu perforowaną przegrodę (5), do której przylega odrębna komora (25) z króćcem (26), doprowadzającym fluidyzujący gaz.

7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przepływowa komora (3) ma u góry króćce (21 i 22) odprowadzające gaz, zaś u dołu ma przegrodę (6), do której przylegają dwie odrębne komory (27 i 28) z króćcami (29 i 30) doprowadzającymi gaz.