RU2047349C1

RU2047349C1 - Method of drying high-wet materials in conical drying apparatus

Info

Publication number: RU2047349C1
Authority: RU
Inventors: Сергей Ильич Радин; Олег Николаевич Круковский; Владимир Германович Сорокин
Original assignee: Сергей Ильич Радин; Олег Николаевич Круковский; Владимир Германович Сорокин
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1995-11-10

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: heat carrier is fed to the apparatus by way of two or more streams. One of the streams is central. The other stream is coaxial to the central stream and spiral-like rotating stream. The material is dried in the bed comprising the root zone, central rarified core, concentrated periphery zone of particles to be dried, and top zone defined by its convex part. The rotating stream is fed tangentially in the horizontal plane to provide the spiral stream which is twisted in the direction of the center of the apparatus. The flow rate of the heat carrier in the rotating stream relates to the flow rate in the central stream as 1:2-1:9. At least a portion of the central stream is fed tangentially and distributed over periphery of the root zone of the bed. At least a portion of the central stream is fed radially and distributed over periphery of the root zone of the bed. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к сушке высоковлажных термочувствительных материалов и может быть использовано в химической, фармацевтической и других отраслях промышленности. The invention relates to drying high-temperature sensitive materials and can be used in chemical, pharmaceutical and other industries.

Известен способ сушки в конусном сушильном аппарате, в котором теплоноситель вводят на двух уровнях струями, причем струи подают в слой горизонтально под острым углом к радиусу. A known method of drying in a cone dryer, in which the coolant is introduced at two levels by jets, and the jets are fed into the layer horizontally at an acute angle to the radius.

Недостатком данного способа является невозможность добиться устойчивой работы аппарата, так как в центре аппарата образуется разреженная зона, через которую происходит просыпание крупнодисперсного материала. The disadvantage of this method is the inability to achieve stable operation of the apparatus, since a rarefied zone is formed in the center of the apparatus through which coarse material is spilled.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ сушки в конусном сушильном аппарате, включающий подачу в аппарат теплоносителя двумя и более потоками, один из которых образует центральную струю, а второй, коаксиально расположенный, образует спиралевидный вращающийся поток, раскручивающийся к периферии аппарата, и сушку материала в слое, состоящем из корневой зоны, центрального разреженного ядра, концентрированной периферийной зоны осушаемых частиц и верхней зоны, ограниченной выпуклой поверхностью. Closest to the proposed invention is a method of drying in a cone drying apparatus, comprising feeding into the apparatus a coolant with two or more streams, one of which forms a central jet, and the second, coaxially arranged, forms a spiral-shaped rotating stream, unwound to the periphery of the apparatus, and drying the material in a layer consisting of a root zone, a central rarefied core, a concentrated peripheral zone of drained particles and an upper zone bounded by a convex surface.

Ввод теплоносителя двумя потоками, одни из которых образует центральную струю, а другой образует спиралевидный вращающийся поток, позволяет сделать структуру слоя более устойчивой за счет стабилизирующего влияния центробежных сил в нижней части и уменьшить вертикальные пульсации слоя. The introduction of the coolant in two streams, one of which forms a central stream and the other forms a spiral-shaped rotating stream, makes the layer structure more stable due to the stabilizing effect of centrifugal forces in the lower part and to reduce the vertical pulsations of the layer.

Недостатком известного способа является невозможность стабилизации слоя в верхней части аппарата. Это связано с сосредоточенной по высоте подачей теплоносителя с нижней поверхности аппарата. Кроме того, известному способу присущ недостаток, характерный для аппаратов фонтанирующего слоя существенно неравномерное распределение материала по объему аппарат: малая концентрация частиц в центральной струе теплоносителя и их высокая концентрация в пристенной области. Это приводит к перегреву частиц, что в ряде случаев способствует термодеструкции. Кроме того, раскручивающаяся спиральная струя набрасывает материал по стенкам и ухудшает контакт между восходящей струей теплоносителя и частицами в зоне центрального разреженного ядра. The disadvantage of this method is the inability to stabilize the layer in the upper part of the apparatus. This is due to the flow of coolant concentrated in height from the lower surface of the apparatus. In addition, the known method has a disadvantage characteristic of apparatuses of the gushing layer, a substantially uneven distribution of material over the apparatus: a low concentration of particles in the central stream of the coolant and their high concentration in the near-wall region. This leads to overheating of the particles, which in some cases contributes to thermal degradation. In addition, a spinning spiral jet spills the material along the walls and worsens the contact between the ascending coolant jet and particles in the zone of the central rarefied core.

Изобретение служит стабилизации режима псевдоожижения за счет исключения крупномасштабных пульсаций слоя по всей его высоте. Другой целью изобретения является перераспределение частиц между центральным разреженным ядром и концентрированной периферийной зоной для увеличения поверхности контакта между частицами и теплоносителем. Это обеспечивается тем, что в известном способе сушки высоковлажных материалов в конусном сушильном аппарате, включающем подачу в аппарат теплоносителя двумя и более потоками, один из которых образует центральную струю, а второй, коаксиально расположенный, образует спиралевидный вращающийся поток, и сушку материала в слое, состоящем из корневой зоны, центрального разреженного ядра, концентрированной периферийной зоны осушаемых частиц и верхней зоны, ограниченной его выпуклой поверхностью, вращающийся поток вводят тангенциально в горизонтальной плоскости с образованием закручивающейся к центру аппарата спирали и распределенно по периферии верхней зоны слоя, при этом соотношение потоков теплоносителя, образующих вращающийся поток и центральную струю, находится в диапазоне 1:(2 9). The invention serves to stabilize the fluidization regime by eliminating large-scale pulsations of the bed over its entire height. Another objective of the invention is the redistribution of particles between the central sparse core and the concentrated peripheral zone to increase the contact surface between the particles and the coolant. This is ensured by the fact that in the known method of drying high-moisture materials in a cone drying apparatus, comprising supplying two or more streams to the coolant apparatus, one of which forms a central stream, and the second, coaxially arranged, forms a spiral-shaped rotating stream, and drying the material in the layer, consisting of a root zone, a central rarefied core, a concentrated peripheral zone of drained particles and an upper zone limited by its convex surface, a rotating flow is introduced tangentially into the mountains the horizontal plane with the formation of a spiral swirling toward the center of the apparatus and distributed around the periphery of the upper zone of the layer, while the ratio of the coolant flows forming a rotating stream and the central stream is in the range 1: (2 9).

Целесообразно по крайней мере часть потока теплоносителя, образующего центральную струю, вводить в тангенциальном направлении с образованием спиралевидного вращающегося потока и распределенно по периферии корневой зоны слоя. It is advisable to introduce at least part of the coolant flow forming the central jet in the tangential direction with the formation of a spiral-shaped rotating flow and distributed along the periphery of the root zone of the layer.

Целесообразно по меньшей мере часть потока теплоносителя, образующего центральную струю, ввести в радиальном направлении распределенно по периферии корневой зоны слоя. It is advisable at least part of the flow of coolant, forming a Central stream, to enter in the radial direction distributed around the periphery of the root zone of the layer.

Изобретение поясняется фиг. 1-3. The invention is illustrated in FIG. 1-3.

Для доказательства заявляемых интервалов рассматривается распределение потоков твердого материала и теплоносителя в конусных аппаратах. При вводе теплоносителя и раствора материала в нижней части аппарата в нем формируются четыре основные зоны, схема которых представлена на фиг. 1. Внизу аппарата образуется свободная от частиц корневая зона 1, в центральной части формируется узкое центральное разреженное ядро 2 с малой концентрацией частиц и высокими скоростями теплоносителя. Выше центрального ядра 2 находится верхняя зона 3, ограниченная выпуклой поверхностью. Верхняя зона 3, иногда называемая "шапкой фонтана", характеризуется интенсивным перемешиванием частиц, большой амплитудой пульсаций; в этой зоне активно происходят процессы теплообмена между сухими и влажными частицами. В верхней зоне частицы отбрасываются к стенкам аппарата, где скорость восходящего потока теплоносителя мала. Частицы двигаются вдоль стенок аппарата вниз с небольшой скоростью и образуют концентрированную периферийную зону осушаемых частиц 4, в которой теплообмен практически отсутствует. To prove the claimed intervals, the distribution of flows of solid material and coolant in conical devices is considered. When a heat carrier and a material solution are introduced in the lower part of the apparatus, four main zones are formed in it, the diagram of which is presented in FIG. 1. At the bottom of the apparatus, a particle-free root zone 1 is formed, in the central part a narrow central rarefied core 2 is formed with a low concentration of particles and high coolant speeds. Above the central core 2 is the upper zone 3, bounded by a convex surface. The upper zone 3, sometimes called the “fountain head”, is characterized by intensive mixing of particles, a large amplitude of pulsations; in this zone, heat exchange processes between dry and wet particles are actively occurring. In the upper zone, particles are discarded to the walls of the apparatus, where the velocity of the upward flow of the coolant is small. Particles move down along the walls of the apparatus at a low speed and form a concentrated peripheral zone of the drained particles 4, in which heat transfer is practically absent.

Крупномасштабные пульсации пронизывают практически всю высоту слоя и снижают интенсивность теплообмена в центральной и верхней зонах. Кроме того, продольное перемешивание способствует слипанию частиц, ведет к образованию крупных агрегатов, что ухудшает режим псевдоожижения и может привести к срыву всего процесса сушки. Large-scale pulsations penetrate almost the entire height of the layer and reduce the intensity of heat transfer in the central and upper zones. In addition, longitudinal mixing promotes the adhesion of particles, leads to the formation of large aggregates, which worsens the fluidization regime and can lead to disruption of the entire drying process.

Ввод вращающегося потока с образованием закручивающейся к центру аппарата спирали тангенциально в горизонтальной плоскости и распределенно по периферии верхней зоны слоя позволяет изменить структуру потоков теплоносителя и твердых частиц и равномерно распределить последние по объему аппарата. Под действием центробежных сил, возникающих за счет тангенциального ввода теплоносителя, твердые частицы из центра аппарата направленно перемещаются на его периферию. При этом вместе с ними на периферию поступает из центра часть теплоносителя, тем самым разрушаются крупномасштабные вихри и исключаются крупномасштабные пульсации слоя. The introduction of a rotating flow with the formation of a spiral twisting towards the center of the apparatus tangentially in the horizontal plane and distributed along the periphery of the upper zone of the layer allows you to change the structure of the flows of coolant and solid particles and evenly distribute the latter throughout the apparatus. Under the action of centrifugal forces arising due to the tangential introduction of the coolant, solid particles from the center of the apparatus are directed to its periphery. Moreover, along with them, a part of the coolant enters the periphery from the center, thereby destroying large-scale vortices and excluding large-scale layer pulsations.

В таблице приведены результаты измерений пульсаций слоя, выполненных на конусном аппарате высотой 400 мм и углом раскрытия 40^о. Опыты проведены на частицах фторопласта размером 4-6 мм.The table shows the results of measurements of the pulsations of the layer, performed on a conical apparatus with a height of 400 mm and an opening angle of 40 ^about . The experiments were carried out on fluoroplastic particles 4-6 mm in size.

При вводе в верхнюю зону менее 10% газа уменьшения пульсаций не наблюдается, этот эффект присутствует только при вводе в верхнюю часть более 10% газа. Однако при значении этой величины выше 33% нарушается структура слоя в нижней части аппарата и режим псевдоожижения срывается. When less than 10% of gas is introduced into the upper zone, no pulsation reduction is observed; this effect is present only when more than 10% of gas is introduced into the upper part. However, when the value of this value is above 33%, the structure of the layer in the lower part of the apparatus is violated and the fluidization regime breaks.

Указанный диапазон устойчивого уменьшения уровня пульсаций соответствует заявленному соотношению потоков теплоносителя, образующих вращающийся поток и центральную струю, равному 1:(2 9). The specified range of steady reduction in the level of ripples corresponds to the stated ratio of the coolant flows forming a rotating stream and a central stream equal to 1: (2 9).

Ввод, по меньшей мере, части потока теплоносителя, образующего центральную струю в тангенциальном направлении с образованием закручивающейся к центру аппарата спирали и распределенно по периферии корневой зоны слоя способствует снижению агрегации материала. Это связано с расширением диаметра центрального ядра за счет центробежных сил и более равномерному распределению исходного горячего теплоносителя по сечению аппарата. При вводе раствора с закрученным потоком расширяется также струя влажных частиц и, следовательно, уменьшается вероятность их агрегации, что необходимо для получения тонкодисперсного продукта. The introduction of at least part of the coolant flow forming a central jet in the tangential direction with the formation of a spiral twisting towards the center of the apparatus and distributed along the periphery of the root zone of the layer helps to reduce aggregation of the material. This is due to the expansion of the diameter of the central core due to centrifugal forces and a more uniform distribution of the initial hot coolant over the cross section of the apparatus. When a solution with a swirling flow is introduced, the jet of wet particles also expands and, therefore, the probability of their aggregation decreases, which is necessary to obtain a finely dispersed product.

Доля потока теплоносителя, образующего центральную струю и вводимого тангенциально, зависит как от геометрических размеров аппарата (диаметр нижнего основания, угол раскрытия конуса), так и от дисперсности распыла, поскольку она прямо связана со способом подачи распыливающего газа. Для получения тонкодисперсного сухого продукта целесообразно ввести тангенциально весь поток теплоносителя, образующего центральную струю. The fraction of the coolant flow forming the central jet and introduced tangentially depends both on the geometrical dimensions of the apparatus (diameter of the lower base, cone opening angle) and the dispersion of the spray, since it is directly related to the method of supplying the spray gas. To obtain a finely divided dry product, it is advisable to introduce tangentially the entire flow of the coolant forming the central stream.

Для уменьшения термодеструкции материала целесообразно, по меньшей мере, часть потока теплоносителя, образующего центральную струю, вводить в радиальном направлении распределенно по периферии корневой зоны слоя. При этом твердые частицы из концентрированной периферийной зоны направленно поступают в центральную разреженную зону и увеличивают в ней концентрацию материала. Это приводит к более равномерной теплопередаче в центральной зоне и уменьшению термодеструкции. Доля потока, вводимого в радиальном направлении, зависит от требований, предъявляемых к гранулометрическому составу готового продукта: ее ввод всего потока в радиальном направлении способствует агрегации частиц и получению непылящего продукта. To reduce the thermal degradation of the material, it is advisable that at least part of the coolant flow forming the central jet is introduced radially distributed around the periphery of the root zone of the layer. In this case, solid particles from the concentrated peripheral zone directed into the central rarefied zone and increase the concentration of the material in it. This leads to more uniform heat transfer in the central zone and a decrease in thermal degradation. The proportion of the stream introduced in the radial direction depends on the requirements for the particle size distribution of the finished product: its introduction of the entire stream in the radial direction contributes to the aggregation of particles and to obtain a non-dusting product.

Способ может быть реализован в конусном аппарате, схема которого изображена на фиг. 2; на фиг. 3 изображен вид сверху. The method can be implemented in a cone apparatus, a diagram of which is shown in FIG. 2; in FIG. 3 shows a top view.

Конусный аппарат состоит из корпуса 1, в устье которого 2 установлена форсунка для подачи раствора 3. Теплоноситель подают в слой через устье 2 и через боковые прорези, установленные в верхней зоне 4 и в корневой зоне 5. The conical apparatus consists of a housing 1, in the mouth of which 2 an nozzle for supplying a solution 3 is installed. The coolant is fed into the layer through the mouth 2 and through the side slots installed in the upper zone 4 and in the root zone 5.

Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.

Теплоноситель подают в слой через боковые прорези, установленные в верхней зоне 4, и через устье 2. Раствор в аппарат подают через форсунку 3, для распыливания раствора в форсунку 3 для дробления струи поступает воздух или часть теплоносителя. The coolant is fed into the layer through the side slots installed in the upper zone 4 and through the mouth 2. The solution is fed into the apparatus through the nozzle 3, for spraying the solution, air or part of the coolant enters the nozzle 3 for crushing the jet.

Образовавшиеся после истечения из форсунки 3 капли поступают в разреженную зону, где они частично обезвоживаются за счет теплообмена с теплоносителем, поступившим из устья 2. Поднявшись в верхнюю зону слоя, частично обезвоженная частица попадает в поле действия центробежных сил, образованных вращающимся теплоносителем, поступающим в аппарат через боковые прорези 4 и образующим закручивающуюся к центру аппарата спираль. Твердые частицы вовлекаются во вращательное движение, при этом практически исчезают вертикальные пульсационные составляющие их движения. Из верхней зоны частицы перемещаются к периферии слоя в условиях интенсивного теплообмена с теплоносителем, поступающим через боковые прорези 4. Дальнейшее движение частиц происходит вдоль наклонных стенок аппарата, причем за счет тангенциальной скорости суммарная скорость движения материала вдоль стенок существенно возрастает. The drops formed after the nozzle 3 outflow into the rarefied zone, where they are partially dehydrated due to heat exchange with the coolant coming from the mouth 2. Having risen to the upper zone of the layer, the partially dehydrated particle enters the field of action of centrifugal forces formed by the rotating coolant entering the apparatus through the side slots 4 and forming a spiral twisting towards the center of the apparatus. Solid particles are involved in rotational motion, while the vertical pulsation components of their motion practically disappear. Particles from the upper zone move to the periphery of the layer under conditions of intense heat exchange with the coolant entering through the side slots 4. The further movement of particles occurs along the inclined walls of the apparatus, and due to the tangential velocity, the total velocity of the material along the walls increases significantly.

Соотношение потоков теплоносителя, образующих вращающийся поток теплоносителя и центральную струю, находится в диапазоне 1:(2 9). The ratio of the coolant flows forming a rotating coolant flow and the central jet is in the range 1: (2 9).

Ввод части теплоносителя через боковые прорези, установленные в корневой зоне 5, позволяют увеличить диаметр центральной разреженной зоны и интенсифицировать теплообмен, что связано с образованием дополнительного вращающегося потока. The introduction of part of the coolant through the side slots installed in the root zone 5, allows to increase the diameter of the central rarefied zone and to intensify heat transfer, which is associated with the formation of an additional rotating flow.

Ввод части теплоносителя в корневой зоне можно осуществить через отверстия, выполненные на боковой поверхности корпуса 1. Радиальное направление движения теплоносителя направляет сползающие по стенкам частицы в центральную зону, увеличивая тем самым концентрацию материала в ней. Это позволяет выполнить агрегацию частиц и получить непылящий продукт. The introduction of a part of the coolant in the root zone can be carried out through holes made on the side surface of the housing 1. The radial direction of movement of the coolant directs particles sliding along the walls to the central zone, thereby increasing the concentration of material in it. This allows the aggregation of particles to produce a non-dusting product.

В конусном аппарате высотой 400 мм и углом раскрытия 40^о производили сушку раствора сульфата хрома. В качестве теплоносителя использовался горячий воздух, прогретый до 240^оС, при этом через 6 прорезей в верхней части аппарата подавали 20% воздуха, а остальную часть подавали через отверстие в устье аппарата. Сушку проводили с использованием инертного материала фторопласта с размером частиц 4-6 мм.The apparatus cone height of 400 mm and an angle of opening ^of 40 produced drying the solution of chromium sulfate. As the coolant used hot air, preheated to 240 ^{° C,} with through slits 6 in the top of the unit was fed 20% air and the remaining portion was fed through the hole at the mouth of the apparatus. Drying was carried out using an inert fluoroplastic material with a particle size of 4-6 mm.

В процессе опытов установлено, что среднее значение пульсаций слоя составило 49 мм вод. ст. при этом режим ожижения отличался устойчивостью, а зарастания стенок аппарата не наблюдалось. In the process of experiments it was found that the average value of the pulsations of the layer was 49 mm of water. Art. in this case, the liquefaction regime was distinguished by stability, and overgrowing of the walls of the apparatus was not observed.

При подаче 30% теплоносителя, образующего центральную струю, тангенциально и распределенно по периферии корневой зоны слоя содержание крупнодисперсных агрегатов (комков) в готовом продукте уменьшилось с 2,1 до 1,1%
При вводе 20% потока теплоносителя, образующего центральную струю, в радиальном направлении распределенно по периферии корневой зоны слоя обеспечивается уменьшение термодеструкции: количество нерастворимого вещества в готовом продукте снизилась с 0,19 до 0,06% Кроме того, уменьшилась с 4,6 до 2,2% доля тонкодисперсной пылящей фракции.With the supply of 30% of the coolant forming the central stream tangentially and distributed along the periphery of the root zone of the layer, the content of coarse aggregates (lumps) in the finished product decreased from 2.1 to 1.1%
When 20% of the coolant flow, forming the central jet, is introduced radially distributed around the periphery of the root zone of the layer, thermal degradation is reduced: the amount of insoluble matter in the finished product decreased from 0.19 to 0.06%. In addition, it decreased from 4.6 to 2 , 2% fraction of finely divided dusting fraction.

Claims

1. METHOD FOR DRYING HIGH-PERFORMANCE MATERIALS IN A CONE DRYING UNIT, which includes supplying two or more streams to the heat carrier apparatus, one of which forms a central stream, and the second, introduced tangentially, forms a coaxially spun stream, and the material is dried in a root layer consisting of , a central rarefied core, a concentrated peripheral zone and an upper zone bounded by its convex surface, characterized in that the coaxially located flow is supplied tangentially from the outside to the periphery Rhee upper bed zone, the ratio of the coolant flows, forming a rotating stream and the central stream is in the range 1 (2 9).

2. The method according to claim 1, characterized in that at least part of the coolant flow forming the central jet is introduced from the outside tangentially to the periphery of the root zone of the layer.

3. The method according to claim 1, characterized in that at least a portion of the coolant stream forming the central jet is introduced radially into the root zone of the layer.