2. АППАРАТЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ КИПЯЩЕГО СЛОЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА
Осуществление многих технологических процессов в обычном кипящем и виброкипящем слое (см. гл. III) приводит к значительному ускорению процессов, повышению качественных показателей, уменьшению размеров аппаратуры. Виброкипящий слой предоставляет ряд преимуществ по сравнению с обычным кипящим слоем (поддержание сыпучего материала во взвешенном и разрыхленном состоянии в направленном вверх потоке газа или жидкости), в том числе: а) резкое снижение или полное устранение выноса мелких частиц потоком газа или жидкости; б) возможность осуществления технологических процессов в вакууме, а также процессов интенсивного взаимодействия между компонентами сыпучей смеси без пронизывающих потоков газа или жидкости; в) поддержание оптимального расхода газа или жидкости в соответствии с требованиями технологического процесса.
Предложены различные аппараты для осуществления технологических процессов в виброкипящем слое сыпучего материала в газовой среде. Меньше внимания уделяют использованию виброкипящего слоя в жидкой среде, так как в этих случаях, как правило, больший эффект дает вибрационное воздействие на более значительный объем суспензии в камере аппарата.
Наиболее часто виброкипящий слой сыпучего материала в газовой среде используют в таких процессах тепло- и массообмена, как охлаждение, нагрев и сушка. При этом высокий уровень теплопередачи достигается в случаях циркуляционного движения сыпучего материала в камере аппарата. Имеются вибрационные аппараты с кондуктивной, конвективной и радиационной передачей тепла.
Аппарат для сушки известняка, глины и т. п. материалов в виброкипящем слое с кондуктивной передачей тепла показан на рис. 1, а. Аппарат содержит два лотка 4, колеблемых центробежными вибровозбудителями. Вибровозбудитель 9 нижнего лотка получает вращение через ременную передачу от электродвигателя 8, а вибровозбудитель верхнего лотка — через ременную передачу от нижнего.
Рис. 1. Аппараты с передачей терла: а — кондуктивной, б - конвективной, в — радиационной
Лотки соединены виброизоляторами с неподвижным корпусом 5. Материал через приемный патрубок 3 поступает на верхний лоток, перемещается в режиме подбрасывания вправо, затем пересыпается по течке 7 на нижний лоток, движется влево и высыпается через патрубок 1. Нагрев лотков производят паром, подаваемым в полые дпчща 10, а также в трубчатый нагреватель 6. Пар, выделяемый материалом при сушке, выходит через патрубок 2.
На рис. 1, б показан аппарат для охлаждения, нагрева и сушки с конвективной передачей тепла. Слой сыпучего материала 5 передвигается с подбрасыванием по вибрирующему лотку 2 с перфорированным поддоном 1. Нижняя часть лотка состоит из ряда воронок 6, а верхняя — из ряда опрокинутых воронок 3. Охлаждающий или нагревающий газ поступает из коллекторов 8 через эластичные рукава в отверстия 7, затем он проходит через перфорации в поддоне и через виброкипящий слой материала и уходит через эластичный рукав 4.
Аппарат с радиационным нагревом инфракрасными лучами изображен на рис. 1, в. По лотку 1 горизонтального вибрационного конвейера тонким слоем перемещается высушиваемый сыпучий материал. Нагрев осуществляется блоками термонзлучагелей 2, которые с помощью электрических изоляторов 3 прикреплены к каркасу блока,
а последний оперт на резиновые виброизоляторы 4 для предохранения термоизлучателей от действия вибрации и обеспечения длительного срока их работы. Термоизлучатели снабжены рефлекторами 5, а блок термоизлучателей имеет оградительные щитки 6 и крышку 7.
В связи с высокой интенсивностью и возможностью тонкого регулирования теплообмена в виброкипящем слое предложен ряд технологических процессов термической обработки металлических изделий в виброкипящем слое специально подобранного гонкоизмельченного материала (корунда, песка и др.). Такая термическая обработка, выполненная в атмосфере защитного газа, предохраняет поверхность деталей от обезуглероживания и окисления. Указанным способом осуществляют закалку, отпуск и нормализацию различных металлических изделий.
Ряд других технологических процессов интенсивно протекает в виброкипящем слое. В их числе адсорбция виброкипящим слоем активированного для отдельных газов из газовой смесн, например адсорбция паров бензола, эфира, спирта и т. п.; твердофазные химические реакции, например кальцинация двууглекислого натрия или термический синтез люминофоров, нанесение на поверхность металлических деталей полимерного покрытия в виброкипящем слое порошка полимерного материала, трехстадийный процесс производства гексафторида урана из его трехокиси; ряд каталитических реакций и др.
