Способ сушки раствора и/или суспензии

(51)26 3/00, 17/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ СУШКИ РАСТВОРА И/ИЛИ СУСПЕНЗИИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Акулич Петр Васильевич Куц Павел Степанович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(56) Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. - Ленинградское отделение Химия, 1968. С. 121, 134.6080 1, 2004.2092092 1, 1997.578534 1, 1977.124366 1, 1959.445808 1, 1975.924473 1, 1982.2000042301 , 2000.(57) Способ сушки раствора и/или суспензии, включающий диспергирование раствора и/или суспензии при истечении газа из пневматических форсунок с образованием факелов распыла в псевдоожиженный слой инертного материала, отличающийся тем, что используют три хордально установленные пневматические форсунки, отношение длины факела распыла каждой из которых к диаметру слоя составляет 0,6-0,8 при истечении газа из форсунок со скоростью 150-300 м/с и с удельным расходом 0,5-1,0 кг/кг раствора, и производят перемешивание слоя мешалкой со скоростью вращения 5-30 об/мин в направлении факелов распыла. 9144 1 2007.04.30 Изобретение относится к технике сушки растворов и суспензий, например раствора лигнопола, и может быть использовано в химической, пищевой, строительной и других отраслях промышленности. Известен способ и устройство для сушки суспензий 1, суть которого состоит в том,что в псевдоожижаемый нагретым газом слой измельчающего (инертного) материала, который перемешивается мешалкой, сверху над слоем распыливается исходная суспензия. По мере высушивания материала его частицы уносятся восходящим потоком. Далее производится измельчение, классификация и сепарация частиц. Недостатком данного способа и устройства является то, что с восходящим потоком теплоносителя (газа), во-первых, могут быть вынесены недосушенные частицы во-вторых, орошается только зеркало слоя,причем равномерного орошения слоя одной форсункой достигнуть практически невозможно. Максимум орошения, как правило, находится на оси симметрии, а при раскрытии факела возникает неравномерность плотности орошения и опасность налипания на стенки камеры. Таким образом, в данном случае неэффективно используется поверхность инертных тел, на псевдоожижение и перемешивание которых расходуется энергия. Известен способ и устройство для сушки растворов и суспензий 2, с. 134, заключающийся в том, что раствор вводят и распыливают в слой снизу вверх, а сверху вниз подают дополнительный встречный поток теплоносителя. При этом процесс сушки осуществляется двухстадийно сушка во встречных потоках над слоем и досушка в кипящем слое на инертных телах. К основным недостаткам данного способа следует отнести малую поверхность контакта фаз инертное тело-высушиваемый материал, отсутствие механического перемешивания и возможность залипания слоя и образования агломератов для вязких растворов с повышенными адгезионно-когезионными свойствами. Следует отметить, что в способе 3, с. 165 при подаче жидкости пневматическими форсунками в псевдоожижаемый слой снизу образуются лишь локальные зоны фонтанирования. Это в некоторой степени увеличивает поверхность контакта фаз. Однако нахождение сопел форсунок непосредственно в газораспределительной решетке, т.е. в зоне высокой температуры, приводит к забиванию форсунок. Кроме того, в данном способе отсутствует механическое перемешивание слоя, способствующее повышению в рассматриваемых технологических процессах гидродинамической устойчивости и увеличению поверхности контакта фаз. Известен способ сушки 3, с. 230 в сушилках с инертной насадкой (СИН, НИИХИММАШ), в котором исходный раствор, суспензия или паста подается сверху слоя в псевдоожиженный слой инертных тел, перемешиваемый мешалкой. Очевидно, что способ имеет те же недостатки, что и приведенный в 1. По числу существенных признаков наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ и устройство для сушки растворов и суспензий 2, с. 121, 134, сущность которого заключается в том, что исходная суспензия подается двумя пневматическими форсунками внутрь кипящего слоя инертного материала, в качестве последнего используется фторопластовая крошка цилиндрической формы 46 мм. Форсунки установлены диаметрально противоположно. Теплоноситель (газ) подается под газораспределительную решетку. Сушка суспензии происходит на поверхности инертных тел, по мере высыхания продукт скалывается и истирается с поверхности инертных тел и сепарируется в циклонах. Недостатком данного способа является радиальная направленность факелов распыла раствора (суспензии), что приводит при небольших скоростях истечения газа, подаваемого на распыливание, к локальным зонам фонтанирования и орошения слоя. Увеличение скорости истечения газа влечет слияние факелов в центре слоя и значительное увеличение в нем плотности орошения, т.е. приводит к существенно неравномерному орошению слоя. С одной стороны, это является причиной неполного и неэффективного использования поверхности инертных тел, а с другой - может вызывать залипание слоя, неустойчивость 2 9144 1 2007.04.30 гидродинамического режима и в целом процесса сушки. Это приводит к снижению качества готового продукта. Тем более в данном способе сушки не предусмотрено механическое перемешивание, способствующее развитию поверхности массоотдачи, предотвращению залипания слоя и интенсификации процесса. Следует отметить, что даже при тангенциальном или хордальном вводе распыленного раствора в слой при неправильном выборе скорости истечения газа, удельного его расхода, длины факела не позволит достигнуть желаемой высокой эффективности процесса сушки. Задачей изобретения является повышение эффективности процесса сушки, например жидкого лигнопола, и качества готового продукта. Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа сушки раствора и/или суспензии, включающим диспергирование раствора и/или суспензии при истечении газа из пневматических форсунок с образованием факелов распыла в псевдоожиженный слой инертного материала, согласно изобретению, используют три хордально установленные пневматические форсунки, отношение длины факела распыла каждой из которых к диаметру слоя составляет 0,6-0,8 при истечении газа из форсунок со скоростью 150-300 м/с и с удельным расходом 0,5-1,0 кг/кг раствора, и производят перемешивание слоя мешалкой со скоростью вращения 5-30 об/мин в направлении факелов распыла. На фиг. 1 схематично изображена установка, в которой реализуется данный способ. Установка состоит из сушильной камеры 1, снабженной газораспределительной решеткой 2, мешалкой 3, вращаемой приводом 4, и трех пневматических вихревых форсунок 5,хордально установленных в псевдоожиженный слой инертного дисперсного материала 6,а также нагревательного устройства 7, двух вентиляторов 8 и 9, группы циклонов 10 и скруббера 11. Принцип работы установки и осуществления данного способа состоит в следующем. Ожижающий агент (воздух) вентиляторами 8 и 9 подается в нагревательное устройство 7 и далее через газораспределительную решетку 2 в сушильный аппарат 1. Расход ожижающего агента устанавливается таким образом, чтобы обеспечить устойчивое псевдоожижение инертного материала 6. Число псевдоожижения (отношение рабочей скорости псевдоожижения к критической скорости) составляет 4-10 и даже достигает 15 в зависимости от свойств инертного материала и жидкости. Подлежащий сушке жидкий материал подается внутрь псевдоожижаемого слоя посредством трех вихревых пневматических форсунок 5, установленных хордально фиг. 2. При этом образующиеся факелы распыла также направлены хордально. Одновременно слой перемешивается мешалкой 3, которая вращается в сторону хордально направленных форсунок, и тем самым обеспечивается вихревое движение инертных тел, что позволяет достигнуть равномерного орошения слоя и эффективного контакта жидкости с инертными телами. При этом достигается высокая энергоэффективность процесса сушки на поверхности инертных тел, а затем истирание и скалывание продукта. Высушенный продукт выносится с теплоносителем и сепарируется в группе циклонов 10, а окончательная очистка теплоносителя от пыли производится в скруббере 11. Существенность отличительных признаков заключается в том, что в предлагаемом способе сушки растворов и/или суспензий появляются новые особенности не присущие известным способам, приводящие к возникновению новых положительных эффектов в осуществлении процесса сушки и достижению тем самым поставленной задачи. Хордальное направление трех вихревых пневматических форсунок и механическое перемешивание слоя в том же направлении при скорости вращения мешалки 5-30 об/мин и заданном режиме истечения воздуха позволяет создать интенсивно перемешиваемый вихревой взвешенный слой инертного материала с равномерным орошением жидкостью. Очевидно, что хордальная направленность факелов распыла жидкости повышает равномерность орошения слоя по сравнению с радиальным или тангенциальным расположением форсунок. Отметим, что малое число оборотов мешалки неэффективно, а большое 3 9144 1 2007.04.30 приводит к чрезмерной закрутке слоя, уменьшению концентрации инертных частиц в его центре, что также нежелательно. Уменьшение числа форсунок до двух увеличивает неравномерность орошения слоя, а использование большого количества форсунок (четыре и более) повышает степень неравномерности распределения жидкости между ними и усложняет обслуживание. Создание скорости истечения воздуха из вихревых пневматических форсунок в диапазоне 150-300 м/с, при удельном его расходе 0,5-1,0 кг/кг раствора обеспечивает достаточно тонкодисперсное дробление жидкости, при котором диаметр распыленных частиц не превышает 200-250 мкм. При этом данный режим истечения воздуха формирует факелы распыла жидкости, длина которых задается равной 0,6-0,8 диаметра слоя. Это достигается за счет регулирования параметров в указанном их диапазоне, а также определенного соотношения геометрических размеров форсунок, обеспечивающих требуемое соотношение радиальной и осевой составляющих скорости истечения воздушного потока, а следовательно, необходимую длину факела. Следует отметить, что скорости истечения воздуха и удельный его расход меньше указанных приводят к некачественному распылу жидкости,т.е. к значительному росту диаметра капель, а также к уменьшению длины факелов и локальному орошению слоя. При больших значениях данных параметров увеличивается расход энергии, не вызывая заметного роста эффективности процесса. Кроме того, возрастает вероятность пробоя слоя струями и налипания жидкости на стенки камеры. Таким образом, соблюдение указанных параметров и признаков приводит к достаточно равномерному распределению жидкости в слое инертных тел, интенсивному вихревому движению и перемешиванию фаз, а следовательно, обеспечивает развитую поверхность контакта фаз. В результате достигается высокая энергоэффективность режима сушки, истирания и скалывания продукта с поверхности инертных тел. При этом повышается равномерность распределения частиц материала по влагосодержанию, температуре,размерам, а следовательно, обеспечивается высокое качество высушенного продукта. Следует особо подчеркнуть, что только в совокупности всех отличительных существенных признаков достигается задача изобретения. В качестве инертных тел при сушке раствора лигнопола использовались гранулы полиэтилентерефталата (ПЭТ) и фторопласта с эквивалентным диаметром 3 мм. Плотность частиц ПЭТ равна 1400 кг/м 3 и меньше, чем фторопласта. Поэтому для формирования псевдоожиженного слоя необходимо меньшая скорость газа, а следовательно, меньше затраты энергии. При этом стоимость гранул ПЭТ значительно ниже, чем фторопласта. Как показали экспериментальные исследования, истирание и скалывание высушиваемого лигнопола с их поверхности несколько хуже, чем с частиц фторопласта. Однако, вследствие того, что частицы ПЭТ легче они более интенсивно циркулируют в факелах струй во взвешенном слое и за счет этого процесс сушки и истирание продукта протекают интенсивно, а такой режим является энергоэффективным. Таким образом, для сушки жидких материалов в качестве нового материала для инертных тел можно использовать ПЭТ, что экономически целесообразно. К настоящему времени выполнены экспериментальные исследования процесса сушки раствора лигнопола по предполагаемому способу, которые подтверждают его эффективность и высокое качество продукта. Кроме того, изготовлена промышленная установка,реализующая данный способ сушки для производства растворимого порошкообразного лигнопола производительностью 55 кг/ч. Данный способ может быть использован для получения из растворов и/или суспензий порошкообразных сухих продуктов в химической, пищевой, строительной и других отраслях промышленности. 9144 1 2007.04.30 Источники информации 1. Патент ЕР 681155 А 1, МПК 626 3/00, 1998. 2. Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. Л., Химия, 1968. 3. Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. Изд. 3, перераб. и доп. - Л. Химия, 1979. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5