Способ подготовки и проведения сушки влажных материалов

(51) 02 21/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ влажного сырья и базируется на использовании атмосферного воздуха как возобновляемого источника энергии. Задачей изобретения является повышение эффективности переработки и снижение энергомкости. Для этого в способе подготовки и проведения сушки влажных материалов в качестве газового агента используют атмосферный воздух,который получают посредством конфузора и подают в рабочую камеру со скоростью 8-60 м/сек. и направляют в зону равномерно распределнного по рабочему пространству и измельчнному сырьевому материалу, который после его продувки и отбора поверхностной влаги ссыпается в осадительную камеру. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности переработки сырья и снижении суммарных затрат на его осуществление.(72) Унасбеков Берикбай АкибаевичСиваченко Леонид АлександровичСиваченко Константин ЛеонидовичГолбан Евгений Геннадьевич(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ И ПРОВЕДЕНИЯ СУШКИ ВЛАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Предлагаемый способ относится к области промышленных технологий дробления и сушки Предлагаемое изобретение относится к области технологической переработки, влажных сырьевых материалов и может быть применено для сушки преимущественно карьерных слабоцементированных пород в производстве строительных материалов,например, мела, мергеля, глины и др. на основе использования возобновляемого источника энергии атмосферных воздушных потоков. Известен способ сушки зерна, заключающийся в том, что обрабатываемым зерном заполняют бак, по которому через расположенное внизу отверстие отсасывают воздух с одновременным подсосом в бак извне сухого воздуха Патент Японии на изобретение. Способ сушки зерна по заявке 63-15025. Заявлено 56-1000472 81.06.03. Опубл. 88.04.02 2-376 Использование такого технического решения для сушки минерального сырья цементного производства практически невозможно. Это связано с полидисперсным составом строительных материалов,например,мела,их высокой адгезионной способностью и невозможностью прососа требуемого количества воздуха через слой такого материала, что чрезвычайно сложно реализовать технически и требует энергомких компрессорных установок, а в итоге становится нереальным. Известна также струйная сушилка, состоящая из цилиндро - конической сушильной камеры,снабжнной двумя подводами, расположенными на одной оси напротив друг друга, для подачи в сушилку сырого материала к сушильного газового агента и имеющей в нижней части примный бункер для высушенного материала, а в верхней - циклон с пылесборником Патент ПНР Струйная сушилка 143894. Заявка 254476 от 07.07.85. Опубл. 31.10.88. В технологическом плане такая сушилка,работающая по противоточной схеме, обеспечивает хорошие условия для измельчения и теплопередачи от сушильного газового агента на вновь образованную поверхность обрабатываемого материала. Однако, как и все струйные установки она не может принимать и обрабатывать крупнокусковый влажный сырьевой материал и требует повышенного расхода энергии как на придание исходным кускам материала высокой скорости, так и на получение газового агента с высокой температурой. Сказанное позволяет сделать заключение о технической сложности и экономической нецелесообразности использования струйной сушилки для сушки цементного сырья. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является устройство для измельчения и сушки материалов, содержащее ротор, надроторную шахту, разделнную вертикальной перегородкой и классификаторы. (А.с. СССР 1467978 Устройство для измельчения и сушки материалов. Заявка 34237335 ОТ 87.04.27. Опубл. 89.06.23 Бюл. 23) Эти сушильно-измельчительные системы снабжены загрузочным и выгрузочным устройствами и работают в замкнутом цикле. Агрегат такого принципа действия не обладает нужными характеристиками для эффективной обработки влажного сырья. Во-первых, область его 2 использования охватывает сырье уже прошедшее предварительную обработку, в том числе дробление и подсушку, во-вторых, движущей силой процесса сушки является горячий агент, что предопределяет огромные затраты топлива и, в-третьих, подобное техническое исполнение не дает возможность использовать возобновляемый источник энергии ветер. Если к этому добавить плохие условия эксплуатации при наличии крупных включений,приводящих к поломкам и износу основных элементов конструкции,то становится очевидным нецелесообразным использования этого агрегата для первичной обработки влажных сырьевых материалов. Целевой установкой предлагаемого изобретения является использование энергии атмосферного ветра для удаления влаги с поверхности влажного сырья,осуществляемого высокоскоростным потоком воздуха с частиц, одновременно с этим подвергаемому интенсивному измельчению и находящимся во взвешенном состоянии. Техническая концепция этого предложения заключается в искусственной концентрации потока воздуха и получения необходимого скоростного напора, который вводится в зону ударного измельчения сырья и снимает с поверхности измельчнных частиц той части воды,которая находится преимущественно в свободном состоянии, не связанной химическими связями с минеральным каркасом. Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности подготовки влажного сырья и снижение энергомкости процесса его сушки путм совместной механической обработки и предварительной сушки высокоскоростными потоками атмосферного воздуха. Поставленная задача решается тем, что в способе подготовки и проведения сушки влажных материалов,включающем подачу в рабочую камеру газового агента и влажного сырья и его измельчения, согласно изобретению, в качестве газового агента используют атмосферный воздух, который получают посредством конфузора и подают в рабочую камеру со скоростью 860 м/сек. направляют в зону равномерно распределнного по рабочему пространству измельчнному по меньшей мере в одну стадию до крупности менее 40 мм сырьевого материала, который после его продувки и отбора поверхностной влаги ссыпается в осадительную камеру. Кроме того, в дополнительных вариантах выполнения способа предусмотрено, что потоки измельчнного материала и рабочего агента направляют навстречу друг другу, а измельчение производят ударным способом с линейной скоростью ударных элементов 5-60 м/сек. Использование в качестве газового агента атмосферного воздуха является основополагающей частью всего предлагаемого способа. Речь идт о принципиальной возможности использования потоков воздуха как возобновляемого источника энергии непосредственно в технологическом процессе. При этом атмосферный воздух, не обладающий температурным потенциалом, должен не сушить материал традиционными способами, например,конвективным, контактным, радиационным или комбинированным, а удалять влагу с поверхности материала потоками воздуха т.е. практически механически. Для реализации такого подхода необходимо максимально увеличить поверхность сырьевого материала и вывести как можно больше влаги на эту поверхность, в том числе и капиллярной. В определнной степени это можно обеспечить механическим ударным измельчителем, что и используется в изобретении. Это объясняется закономерностями поверхностных явлений, особенно, в капиллярах с защемлнной в них влагой,вывод которой затруднн силами поверхностного натяжения Нохратян К.А. Сушка и обжиг в промышленности строительной керамики. М.,Стройиздат. 1962. с.603 Для их уменьшения необходимо приложить соответствующие воздействия и выбивать влагу на поверхность частиц материала,причм это явление будет активироваться путм увеличения числа ударных воздействий. Этому в значительной мере способствует защемление пузырьков воздуха в капиллярах Нохратян К.А. Сушка и обжиг в промышленности строительной керамики. М., Стройиздат. 1962. с.603, а также циклические перепады давлений в контактных зонах. Вс это делает возможным изменить подходы к традиционному статическому поведению в системе испарение-конденсация, заменив ее на динамически управляемую. Конденсация влаги на поверхности влажного материала будет блокироваться скоростным потоком атмосферного воздуха. С увеличением скорости воздушного потока ламинарный характер поведения слоев воздуха вблизи поверхности частиц материала постепенно переходит в турбулентный, что обуславливает активный унос мелкодисперсной поверхностной влаги и создание своеобразного эффекта вакуумирования Нохратян К.А. Сушка и обжиг в промышленности строительнойц керамики. М., Стройиздат. 1962. с.603. Назначенный диапазон скорости воздушного потока 8-60 м/сек. позволяет осуществить описанные выше закономерности. Его нижнее значение определяется необходимой интенсивностью проведения процесса, а верхнее- чрезмерным скоростным напором, который, с одной стороны,очень сложно реализовать технически, а с другой будет связан с проблемами управления и эксплуатации оборудования и поведения материала. Наиболее приемлемым вариантом придания потоку атмосферного воздуха дополнительной скорости является использование конфузора, который самым простым образом подат его в рабочую камеру. Это энергетически наиболее выгодно, так как не требует подвода внешней энергии и хорошо поддатся практической реализации в производственных условиях. Равномерное распределение измельчнного материала в рабочей камере необходимо для наиболее полного омывания его воздушным потоком и,следовательно,максимального удаления поверхностной влаги. Этому в полной мере способствует обращение потоков измельчнного материала и рабочего агента навстречу друг другу. Степень измельчения влажного материала зависят от конструктивного исполнения дробильно измельчительного агрегата и определено по верхнему значению крупности чистку в 40 мм. Это относится к крупнотоннажным производствам,например,подготовке сырья на основе мела или мергеля для сухого способа производства цемента. Необходимость увеличения стадий измельчения связано с требованиями теплопередачи, а это можно сделать как путм максимального увеличения поверхности влаго отделения, так и увеличения пути или времени взаимодействия газового агента и сырьевого материала, что во многом определяется степенью измельчения, нужное значение которой трудно реализовать в одну стадию. Максимального увеличения дисперсности тврдой части продукта наиболее эффективно реализовать ударным измельчением со скоростью рабочих элементов 5-60 м/сек, диапазон значений которой различен исходя из условий реального технического выполнения измельчителя той или иной конструкции. Реализация способа относится к определнной категории сырьевых материалов. Применение данной разработки наиболее выгодно будет для слабоцементированных рыхлых пород влажностью 20- 35, с капиллярно - пористой структурой. С учтом различных видов влаги-свободной, адсорбированной и кристаллизационной можно полагать, что содержание воды,преимущественно,свободной,можно уменьшить на 20 - 30, то есть уменьшить общую влажность на 5-7. Полученный таким способом материал отличается более сухой оболочкой, что увеличивает его сыпучесть и позволяет на последующих стадиях переработки использовать более простые и малоэнергоемкие агрегаты. Признаки, введнные в отличительную часть формулы изобретения, являются новыми и не имеются ни у аналогов, ни у прототипа. Их практическое использование в полной мере соответствует заявленным притязаниям в части решения поставленных задач и соответствует критериям новизны и технической воспроизводимости. Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На фиг.1 представлена принципиальная схема реализации способа, которая включает в себя конфузор 1, примный бункер 2, днище которого выполнено из стержней между которыми установлен связанный с приводом роторный рабочий орган приводной вал которого установлен ниже стержней 3. Для сбора измельченного и подсушенного продукта предусмотрена осадительная камера а для удаления отработанного газового агента - патрубок 6. В соответствии с приведенной схемой предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Рабочий орган 4 приводится во вращение от индивидуального электродвигателя, в примный бункер 2 загружается, например, с помощью автосамосвалов крупнокусковой сырьевой влажный материал и, попадая между рабочими элементами рабочего органа 4 и стержнями 3 интенсивно измельчается. Просыпаясь между стержнями материал равномерно распределяется по объму рабочей камеры 5, которая продувается высокоскоростным воздушным потоком, создаваемым конфузором 1, который своей примной широкой стороной обращн в сторону движения атмосферного воздуха. За счт скоростного напора воздушного потока влага, содержащаяся на поверхности измельчнных частиц и освобождаемая из капиллярных каналов посредством снижения сил поверхностного натяжения и выбивания микро капелек воды из капилляров,выходящих на поверхность частиц выноситься из агрегата вмести с отработанным газовым агентом. Этот процесс носит динамический характер и отличается достаточно высокой интенсивностью. Обработанный таким образом продукт, потерявший значительную часть своей влаги, находящейся в поверхностных слоях, под действием сил гравитации ссыпается в осадительную камеру 5, а отработанный газовый агент вместе с отобранной влагой,находящейся в мелкодисперсном состоянии,выбрасывается в атмосферу через патрубок 6. Для активизации процесса влагосъема параллельно рабочему органу 4 могут быть установлены дополнительные рабочие органы. Подсушенный и измельчнный таким образом продукт отличается повышенной сыпучестью и хорошо подготовлен для последующих стадий технологической переработки. Пример реализации способа Природный мел влажностью 27, крупностью кусков до 300 мм и прочностью на сжатие до 10 мПа измельчается роторным ударным рабочим органом с линейной скоростью его ударных элементов 18 м/сек. до крупности кусков менее 25 мм. Измельчнный продукт продувается потоком атмосферного воздуха с относительной влажностью 78 со скоростью движения 28 м/сек, создаваемым в конфузоре. В результате получается сыпучий материал со средней влажностью 22 и поверхностной влажностью не более 10. Затраты мощности на привод измельчительного рабочего органа составляют 2,5 - 3,0 кВт.ч/тонну, а расход атмосферного воздуха 56 тысяч м 3/тонну сырья. Использование предлагаемого изобретения в сравнении с известными способами обеспечивает существенное снижение расхода топлива на сушку,упрощает весь дальнейший технологический процесс переработки сырья и улучшает условия обслуживания и ремонта базового оборудования. Совмещение процессов измельчения и сушки кардинально изменяет условия поведения обрабатываемой среды, так как подсушка поверхности частиц резко уменьшает их прилипание друг к другу и,соответственно, повышает сыпучесть. Вывод такой сложной подготовительной стадии переработки из основной части процесса облегчает всю дальнейшую технологию и позволяет использовать достаточно простое, наджное и эффективное оборудование в последующих стадиях переработки сырья. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ подготовки и проведения сушки влажных материалов, включающий подачу в рабочую камеру газового агента и влажного сырья и его измельчение, отличающийся тем, что в качестве газового агента используют атмосферный воздух,который получают посредством конфузора и подают в рабочую камеру со скоростью 8-60 м/сек и направляют в зону равномерно распределнного по рабочему пространству измельчнного, по меньшей мере, в одну стадию до крупности менее 40 мм сырьевого материала, который после его продувки и отбора поверхностной влаги ссыпается в осадительную камеру. 2. Способ подготовки и проведения сушки влажных материалов по п.1, отличающийся тем, что потоки измельчнного материала и рабочего агента направляют навстречу друг другу. 3. Способ подготовки и проведения сушки влажных материалов по п.1, отличающийся тем, что измельчение материала производят ударным способом с линейной скоростью ударных элементов 5-60 м/сек.