Способ сушки жидкого материала

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ СУШКИ ЖИДКОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Акулич Петр Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Способ сушки жидкого материала, при котором распыляют жидкий материал распылителем в газовый поток теплоносителя с образованием факела распыла, воздействуют на факел распыла инфракрасными излучателями, расположенными над распылителем, причем направляют инфракрасное излучение на корневую область факела распыла с пересечением лучей в области истечения факела распыла с наибольшей концентрацией жидкого материала и в сторону движения жидкого материала и потока теплоносителя, направленных вниз, и отделяют высушенный материал от отработанного теплоносителя. 18467 1 2014.08.30 Изобретение относится к технологии распылительной сушки материалов, например растворов, суспензий, и может быть использовано в химической и пищевой отраслях промышленности. Известен описанный в 1 способ распылительной сушки жидких материалов, который заключается в том, что жидкий материал распыляют и высушивают в потоке газообразного теплоносителя. Недостатками данного способа являются низкая интенсивность процесса сушки при низких температурах газообразного теплоносителя, особенно низкий влагосъем с единицы сушильного объема, повышенный расход электроэнергии. Известны способ сушки с распылением и устройство для его осуществления 2. Данный способ сушки с распылением продукта в растворе или в виде взвеси в жидкости заключается в впрыскивании раствора или суспензии, содержащих указанный продукт, в поперечном направлении в мономодульный волновод, в котором распространяется микроволновое излучение в режиме стоячей волны. Затем происходит выпаривание жидкости в волноводе, собирание продукта в виде порошка и удаление образовавшихся паров. Недостатками данного способа являются большой расход электроэнергии, так как выпаривание производится только за счет прямой передачи энергии в виде микроволнового излучения, низкая производительность и интенсивность процесса сушки из-за низкого конвективного потока теплоты к распыленному продукту. Кроме того, недостатком данного способа является сложность создания производств большой производительности, необходимых для промышленности. Это обусловлено трудностями создания мощных установок со сверхвысокочастотным электромагнитным излучением и большим расходом электроэнергии. Наиболее близким техническим решением является способ сушки жидких продуктов и установка для его осуществления 3 (прототип). Способ сушки жидких продуктов (материалов) заключается в создании закрученного сверхзвукового газового потока теплоносителя, ультразвуковом распылении в зону образования регулярных ударных волн газового потока теплоносителя жидкого материала с одновременным нанесением на него статического электрического заряда, их перемещении до полного высыхания в соосном с потоком постоянном электромагнитном поле (воздействие на них электромагнитным излучением) и разделении высушенного материала и отработанного теплоносителя (отделение высушенного материала от отработанного теплоносителя). Недостатками данного способа являются низкая его эффективность и повышенный расход электроэнергии. Это обусловлено тем, что теплота на испарение влаги подводится преимущественно за счет конвективного ее подвода к высушиваемому материалу от газового потока теплоносителя. Количество теплоты, передаваемое высушиваемому материалу в распыленном состоянии в результате воздействия постоянного электромагнитного поля, ничтожно мало по сравнению с количеством теплоты, передаваемым высушиваемому материалу за счет вынужденной конвекции от теплоносителя. Задачей изобретения является повышение эффективности процесса сушки жидких материалов за счет увеличения интенсивности испарения влаги. Задача решается следующим образом. В предлагаемом способе сушки жидкого материала распыляют жидкий материал распылителем в газовый поток теплоносителя с образованием факела распыла, воздействуют на факел распыла инфракрасными излучателями,расположенными над распылителем, причем направляют инфракрасное излучение на корневую область факела распыла с пересечением лучей в области истечения факела распыла с наибольшей концентрацией жидкого материала и в сторону движения жидкого материала и потока теплоносителя, направленных вниз, и отделяют высушенный материал от отработанного теплоносителя. Воздействие на факел распыла, образованного распылением жидкого материала в газовый поток теплоносителя, инфракрасными излучателями, расположенными над распы 2 18467 1 2014.08.30 лителем, с направлением инфракрасного излучения именно на корневую область факела распыла наиболее эффективно, поскольку здесь самая высокая концентрация материала,который содержит наибольшее количество влаги, преимущественно свободной. Вследствие чего происходит интенсивное поглощение инфракрасного излучения частицами материала, а следовательно, возрастает интенсивность испарения влаги. Расположение инфракрасных излучателей над распылителем, особенно с высокой плотностью теплового потока, позволяет максимально приблизить излучатель к факелу жидкого материала при минимальном попадании частиц материала на его поверхность и тем самым создать высокую плотность теплового потока, воздействующего на материал, подвести энергию непосредственно в область факела, при этом уменьшая прямое попадание излучения на поверхность сушильной камеры, и тем самым повысить интенсивность испарения влаги из материала и эффективность процесса сушки. С увеличением объемной концентрации частиц материала степень его черноты возрастает, а следовательно, повышается количество выделяемой теплоты при воздействии на материал инфракрасным электромагнитным излучением. Поскольку в корневой области факела материал высоковлажный, то снижается опасность его перегрева, что важно для термочувствительных материалов. Пересечение лучей инфракрасного электромагнитного излучения в области истечения факела распыла с наибольшей концентрацией жидкого материала увеличивает плотность результирующего (суммарного) теплового потока в этой области факела, а следовательно,повышает интенсивность испарения влаги и эффективность процесса сушки. Направление инфракрасного излучения в сторону движения жидкого материала и потока теплоносителя, направленных вниз, создает прямоточное движение фаз - сушильного агента и высушиваемого материала - с убыванием плотности инфракрасного излучения по направлению их движения и тем самым снижает температуру сушильного агента и материала на выходе из камеры, уменьшает вероятность перегрева материала, приближает режим движения фаз к идеальному вытеснению, который характеризуется максимальной движущей силой, и в результате повышает эффективность процесса сушки. На фиг. 1 схематично представлен общий вид установки для осуществления предлагаемого способа. На фиг. 2 показано расположение инфракрасных излучателей в поперечном сечении установки (разрез А-А). Установка для осуществления способа состоит из сушильной камеры 1 с распылителем 2 и газораспределительным устройством 3. В верхней части сушильной камеры расположены инфракрасные излучатели 4, которые воздействуют инфракрасным электромагнитным излучением на корневую область факела распыла с пересечением лучей в области истечения факела распыла с наибольшей концентрацией жидкого материала и в сторону движения жидкого материала и потока теплоносителя, направленных вниз. В нижней части сушильной камеры 1 расположен патрубок 5 для отвода высушенного продукта в потоке отработанного теплоносителя в пылеулавливающее устройство, например в циклон (на фигурах не показан), в котором производится отделение высушенного материала от отработанного теплоносителя. Предлагаемый способ с помощью установки осуществляется следующим образом. Жидкий материал подают в сушильную камеру 1 на распылитель 2, посредством которого материал распыляется, образуя факел распыла жидкого материала. Одновременно в газораспределительное устройство 3 подают теплоноситель, а с помощью излучателей 4, расположенных над распылителем, воздействуют инфракрасным излучением на корневую область образованного после распыления факела распыла жидкого материала с пересечением лучей в области истечения факела распыла с наибольшей концентрацией жидкого материала и в сторону движения жидкого материала и потока теплоносителя, направленных вниз. В результате в области факела распыла жидкого материала теплота к распыленным частицам материала подводится конвективным способом от теплоносителя и 3 18467 1 2014.08.30 инфракрасным излучением с высокой плотностью теплового потока, вследствие пересечения и наложения потоков излучения от излучателей 4, что увеличивает интенсивность испарения, снижает количество материала, попадаемого на поверхность излучателей 4 и повышает эффективность процесса сушки. В качестве излучателей 4 используют, например, газовые беспламенные или электрические инфракрасные излучатели. Газовые излучатели имеют широкий диапазон тепловой мощности, что дает возможность их применять для установок различной производительности. Высушенные частицы материала вместе с отработанным теплоносителем через патрубок 5 поступают в пылеулавливающее устройство (на фигурах не показано), в котором высушенный материал отделяется от отработанного теплоносителя, а последний выбрасывается в атмосферу. Основным достоинством данного способа является повышение интенсивности и эффективности процесса сушки. Данный способ может быть использован для сушки жидких материалов в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Источники информации 1. Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. - М. Химия, 1970. - С. 238. 2. Заявка на изобретение РФ 94031203 1, МПК 26 3/347, 1996. 3. Заявка на изобретение РФ 93057617 , МПК 26 3/12, 26 17/10, 1996 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4