RU2846864C2 - Распылительная сушилка для получения тонкодиспергированного керамического порошка из водной суспензии керамического материала - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области изготовления керамических изделий. Предложена распылительная сушилка для получения тонкодиспергированного керамического порошка (CPA) из водной суспензии керамического материала, содержащая корпус, выпускной патрубок, систему подачи, причем система подачи содержит распылительный блок, выполненный с возможностью распыления указанной водной суспензии керамического материала и впрыска указанной распыленной водной суспензии керамического материала в камеру диспергирования, систему нагрева для создания потока горячего газа и распределительное устройство, выполненное с возможностью распределения указанного потока горячего газа внутри камеры диспергирования таким образом, что он сталкивается с распыленной водной суспензией керамического материала, вызывая тем самым высыхание содержащегося в ней твердого керамического материала с получением тонкодиспергированного керамического порошка (CPA), электрический нагреватель содержит наружный кожух, который задает границы нагревательной камеры, впускной патрубок, множество электрических нагревательных элементов и выпускной патрубок. Так же предложен способ получения тонкодиспергированного керамического порошка (CPA) из водной суспензии керамического материала с использованием распылительной сушилки. Техническим результатом данного изобретения является повышение качества очистки металла. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Ссылка на родственную заявку

Данная патентная заявка испрашивает приоритет по заявке на патент Италии №102022000016980, поданной 8 августа 2022 года, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится к области изготовления керамических изделий, таких как, например, керамические плитки, керамические панели, столовая посуда, унитазы и т.п. В частности, настоящее изобретение относится к области обработки водной суспензии керамического материала, также известной под названием барботин, для получения тонкодиспергированного керамического порошка.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

В сфере производства керамических изделий известно получение, по меньшей мере, частично тонкодиспергированного керамического порошка с использованием распылительных сушилок, выполненных с возможностью получения гранулированного материала с подходящими характеристиками размера частиц и остаточной влажностью, делающими его пригодным для формования керамических изделий, в частности, главным образом плоских керамических изделий, таких как, например, керамические плитки и керамические панели. Распылительная сушилка известного типа обычно содержит корпус, задающий камеру диспергирования, внутри которой происходит обработка указанной водной суспензии керамического материала (так называемого барботина) для получения тонкодиспергированного керамического порошка, который затем просеивается и хранится в специальных бункерах, откуда он извлекается для последующего использования по окончании периода выдержки, например, с целью обеспечения равномерного распределения значений влажности и температуры среди гранул этого тонкодиспергированного керамического порошка.

В частности, распылительная сушилка включает в себя: систему подачи, выполненную с возможностью впрыска струй водной суспензии керамического материала под высоким давлением внутрь камеры диспергирования, обычно через несколько сопел; нагревательный узел, обычно состоящий из горелки, работающей на природном газе, сжиженном нефтяном газе или жидком топливе и предназначенной для подачи тепла и нагрева воздуха с целью создания потока горячего воздуха, температура которого варьируется в пределах около 500-600°С; и распределитель горячего воздуха, расположенный в верхней части камеры диспергирования и выполненный с возможностью приема потока горячего воздуха от нагревательного узла и распределения этого потока горячего воздуха внутри камеры диспергирования по определенным траекториям, например, путем приведения горячего воздуха в вихревое движение таким образом, что распыляемая соплами водная суспензия керамического материала и распределенный надлежащим образом поток горячего воздуха смешиваются друг с другом, образуя тонкодиспергированный керамический порошок, и выделяют пары, выбрасываемые в атмосферу через дымоход после соответствующей фильтрации и/или снижения их концентрации, например, с использованием сепараторных циклонов, рукавных фильтров и т.п. При этом тонкодиспергированный керамический порошок после высушивания падает вниз и выгружается с помощью разгрузочного конвейера для последующих стадий обработки.

Хотя эти распылительные сушилки и обладают отличными эксплуатационными характеристиками, они имеют некоторые недостатки, связанные, главным образом, с экологией и энергопотреблением.

В системе производства керамических изделий распылительная сушилка, наряду с печью, служит, по сути, одним из устройств, критически важных с точки зрения экологии и энергопотребления, поскольку она является одним из устройств, требующих наибольшего количества поступающей энергии, а также вырабатывающей значительную часть углекислого газа в рамках всей системы производства керамических изделий, в частности, около 30% от общего количества углекислого газа, вырабатываемого системой производства керамических изделий.

Проблемы, связанные с выбросами углекислого газа, сочетаются с актуальными проблемами, связанными со все нарастающими трудностями в добыче сырья, такого как ископаемое топливо и т.п.

Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить распылительную сушилку, позволяющую устранить, по меньшей мере, частично недостатки предшествующего уровня техники и вместе с тем обеспечить эксплуатационные характеристики, аналогичные эксплуатационным характеристикам распылительных сушилок известного типа.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

Согласно настоящему изобретению предложена распылительная сушилка для получения тонкодиспергированного керамического порошка из водной суспензии керамического материала в соответствии с тем, что заявлено в прилагаемом независимом пункте формулы изобретения и, предпочтительно, в любом из пунктов формулы изобретения, непосредственно или косвенно зависящих от указанного независимого пункта формулы изобретения.

В формуле изобретения описаны предпочтительные варианты осуществления заявленного изобретения, которые являются неотъемлемой частью данного описания.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение описано ниже в привязке к прилагаемым чертежам, на которых проиллюстрированы некоторые варианты его осуществления, не носящие ограничительного характера, где:

На фиг. 1 схематически показано перспективное изображение распылительной сушилки согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

На фиг. 2 схематически показано перспективное изображение распылительной сушилки согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения;

На фиг. 3 представлен схематический вид сбоку распылительной сушилки, показанной на фиг. 1;

На фиг. 3А показан схематический вид сбоку распылительной сушилки согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения; и

На фиг. 4, 4А, 5 и 6 представлены схематические виды трех разных электрических нагревательных устройств, которые могут быть использованы.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

На прилагаемых фигурах ссылочная позиция 1 обозначает, в целом, распылительную сушилку для получения тонкодиспергированного керамического порошка (CPA) из водной суспензии керамического материала, также известной в данной области техники как барботин.

В частности, помимо прочего, обеспечивается преимущество, состоящее в том, что эта водная суспензия керамического материала содержит от около 30% до около 40% (в частности, около 33%; в частности, в более предпочтительном варианте - около 32%) воды (по весу) и оставшуюся часть (в частности, по меньшей мере, около 67% по весу) твердого керамического материала. Предпочтительно, но без каких-либо ограничений, твердый керамический материал содержит глину, каолин, полевой шпат, кварцевый песок и/или их сочетание (в частности, состоит из указанных материалов). В еще более предпочтительном варианте и без каких-либо ограничений эта водная суспензия керамического материала обладает плотностью, которая может варьировать от около 1600 г/л до около 1750 г/л, и кинематической вязкостью, которая может варьировать от около 5,0×10^-6 м²/с до около 3,0×10^-5 м²/с.

Как, в частности, показано на фиг. 1-3, в предпочтительном варианте распылительная сушилка 1 содержит корпус 2, который задает границы камеры 3 диспергирования, и который содержит, по меньшей мере, один выпускной патрубок 4, выполненный с возможностью обеспечения выхода тонкодиспергированного керамического порошка (CPA) из камеры 3 диспергирования, при этом керамический порошок CPA предпочтительно, но без каких-либо ограничений, характеризуется содержанием влаги, которое может варьироваться от около 4% до около 7% (в частности, около 5%). В предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, корпус 2 распылительной сушилки 1 имеет ось Z симметрии, проходящую по существу вертикально.

В предпочтительном варианте (что также, в частности, показано на фиг. 1-3), распылительная сушилка 1 также содержит систему 5 подачи (схематически показанную на фиг. 3), которая выполнена с возможностью подачи указанной водной суспензии керамического материала внутрь камеры 3 диспергирования после ее соответствующего распыления; и систему 6 нагрева, выполненную с возможностью создания потока F горячего газа с температурой, по меньшей мере, около 400°С (в частности, в диапазоне от около 500°С до около 600°С) и подачи этого потока F горячего газа внутрь камеры 3 диспергирования таким образом, что поток F горячего газа сталкивается с распыленной водной суспензией керамического материала, вызывая высыхание содержащегося в ней твердого керамического материала с получением тонкодиспергированного керамического порошка (CPA).

В частности (предпочтительно, но без каких-либо ограничений), система 5 подачи содержит, по меньшей мере, один распылительный блок 7, обеспечивающий преимущество, состоящее в том, что он располагается внутри камеры 3 диспергирования и выполнен с возможностью распыления водной суспензии керамического материала и подачи этой распыленной водной суспензии керамического материала внутрь камеры 3 диспергирования таким образом, что образуется подобие дождя из сверхмелких капель водной суспензии керамического материала.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, таким как вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг. 1-3, распылительный блок 7 содержит множество сопел 8 (состоит из них), каждое из которых выполнено с возможностью впрыска струи водной суспензии керамического материала внутрь камеры 3 диспергирования (как это схематически показано на фиг. 3), предпочтительно, но без каких-либо ограничений, со скоростью, по меньшей мере, 15 метров в секунду (в частности, со скоростью, которая может варьироваться, по меньшей мере, от около 15 метров в секунду до, по меньшей мере, около 50 метров в секунду; в частности, по меньшей мере, от около 20 метров в секунду до, по меньшей мере, около 40 метров в секунду) и/или с давлением на входе, которое может варьироваться в диапазоне от около 15 бар до около 30 бар, для распыления водной суспензии керамического материала и подачи множества сверхмелких капель водной суспензии керамического материала в камеру 3 диспергирования.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера (таким как вариант осуществления, схематически показанный на фиг. 3), распылительный блок 7 содержит множество сопел 8, расположенных вдоль по существу кольцевого свода (в частности, по существу круглого), центр которого лежит на оси Z симметрии корпуса 2. Иначе говоря, в предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, распылительный блок 7 содержит множество сопел 8, расположенных вдоль замкнутого контура, имеющего по существу круглую форму. В частности, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера (таким как вариант осуществления, показанный на фиг. 3), эти сопла 8 располагаются на неподвижной опоре 9, которая имеет круглую форму, отцентрирована относительно оси Z симметрии и, предпочтительно, но не обязательно, выполнена из нержавеющей стали.

Согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера (таким как, например, вариант осуществления, схематически показанный на фиг. 3А), сопла 8 располагаются на прямолинейных опорах 33, которые предпочтительно, но не обязательно, также выполнены из нержавеющей стали (включая указанные сопла) и соединены таким образом, что они отходят внутрь корпуса 2 от его внутренней стенки, располагаясь на одинаковом расстоянии друг от друга. В еще более предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, в данном случае эти прямолинейные опоры 33 также располагаются вдоль по существу кольцевого свода, который в более предпочтительном варианте имеет круглую форму, и центр которого лежит на оси Z симметрии. Согласно некоторым примерам этого варианта осуществления настоящего изобретения (т.е. варианта осуществления, в котором предусмотрены сопла 8, располагающиеся на прямолинейных опорах 33), обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, каждая из этих прямолинейных опор 33 соединена с внутренней стенкой корпуса 2 с возможностью вращения таким образом, чтобы она могла вращаться вокруг своей оси, в частности, вокруг оси, которая проходит вдоль основного направления, в котором вытянута каждая прямолинейная опора 33 (в частности, вокруг оси, которая по существу перпендикулярна оси Z симметрии; в частности, вокруг оси, которая проходит в радиальном направлении относительно корпуса 2). Это позволяет регулировать направление выброса струй водной суспензии керамического материала, выбрасываемых каждым соплом 8, например, в зависимости от типа водной суспензии керамического материала.

Следует понимать, что по существу кольцевой свод, вдоль которого располагаются сопла 8, может иметь по существу овальную форму, или квадратную форму, или неправильную форму при условии, что он отцентрирован относительно оси Z симметрии.

В более предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, сопла 8 распылительного блока 7 ориентированы таким образом, что соответствующие струи водной суспензии керамического материала проходят по существу вертикально и направлены вверх (в частности, в сторону верхней части камеры 3 диспергирования).

Предпочтительно, но без каких-либо ограничений, система 5 подачи содержит, по меньшей мере, одну сборную емкость 10, например, поддон или бак; и насосный агрегат 11, предпочтительно образованный, по меньшей мере, одним поршневым насосом, который выполнен с возможностью извлечения водной суспензии керамического материала из сборной емкости 10 и ее перекачки под давлением, которое может варьироваться от около 15 бар до около 30 бар, в распылительный блок 7 (см. фиг. 3).

Согласно другим, не проиллюстрированным вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, система 5 подачи также содержит фильтр, располагающийся между насосным агрегатом 11 и распылительным блоком 7 и предназначенный для фильтрации водной суспензии керамического материала перед его подачей в камеру 3 диспергирования.

В предпочтительном варианте распылительная сушилка 1 (в частности, указанная система 6 нагрева) также содержит распределительное устройство 12, выполненное с возможностью распределения потока F горячего газа внутри камеры 3 диспергирования таким образом, чтобы он воздействовал на распыляемую водную суспензию керамического материала, тем самым высушивая содержащийся в ней твердый керамический материал с получением тонкодиспергированного керамического порошка (CPA).

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, распределительное устройство 12 содержит, по меньшей мере, один кольцевой направляющий канал 13 (в частности, состоит из него), выполненный с возможностью придания вихревого движения потоку F горячего газа, закручивая его по спирали вокруг оси Z симметрии, чтобы обеспечить надлежащее обезвоживание водной суспензии керамического материала, которая сталкивается с потоком F горячего газа, т.е. на которую в процессе эксплуатации воздействует поток F горячего газа, и чтобы получить тонкодиспергированный керамический порошок (CPA), характеризующийся определенными признаками в плане размера частиц и/или влажности.

В более предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, распределительное устройство 12 содержит множество отверстий (не видимых на прилагаемых фигурах) для подачи потока F горячего газа в направлении камеры 3 диспергирования; множество спиралеобразных каналов (отцентрированных относительно оси Z симметрии); и множество дефлекторов (также не видимых на прилагаемых фигурах) для направления потока F горячего газа в сторону множества отверстий.

Согласно альтернативным вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, таким как вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг. 3А, распылительная сушилка 1 (в частности, распределительное устройство 12) содержит систему 30 отсасывания, которая обеспечивает преимущество, состоящее в том, что она сообщается по текучей среде с камерой 3 диспергирования; в свою очередь, содержит, по меньшей мере, одно отсасывающее устройство 31; и выполнено с возможностью распределения потока F горячего газа внутри камеры 3 диспергирования. В частности, помимо прочего, обеспечивается преимущество, состоящее в том, что эта система 30 отсасывания выполнена с возможностью повышения давления потока F горячего газа, подаваемого нагревательной системой 6, и придания вихревого движения этому потоку F горячего газа, который закручивается по спирали вокруг оси Z симметрии, чтобы обеспечить надлежащее обезвоживание водной суспензии керамического материала, которая сталкивается с этим потоком F горячего газа, т.е. на которую в процессе эксплуатации воздействует поток F горячего газа, и чтобы получить тонкодиспергированный керамический порошок (CPA), характеризующийся определенными признаками в плане размера частиц и/или влажности. В предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, выпускной патрубок 4, через который этот тонкодиспергированный керамический порошок (CPA) покидает камеру 3 диспергирования, содержит выпускной клапан (в частности, состоит из него), тип которого известен и далее по тексту не описывается и не иллюстрируется, и который выполнен с возможностью обеспечения регулируемой выгрузки тонкодиспергированного керамического порошка (CPA). Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера (таким как вариант осуществления, схематически показанный на фиг. 3), распылительная сушилка 1 также содержит, по меньшей мере, один конвейер 14, который проходит ниже выпускного патрубка 4 и выполнен с возможностью приема тонкодиспергированного керамического порошка (CPA), выходящего из выпускного патрубка 4, и его транспортировки в сторону от распылительной сушилки 1.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, таким как варианты осуществления, проиллюстрированные на фиг. 1, 2 и 3, корпус 2 содержит верхнюю часть 15, имеющую по существу цилиндрическую форму; нижнюю часть 16, имеющую по существу форму усеченного конуса; и центральную часть 17, которая имеет по существу цилиндрическую форму, которая располагается без каких-либо зазоров между верхней частью 15 и нижней частью 16, и которая задает границы камеры 3 диспергирования (см., в частности, фиг. 3). В этом случае в предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, указанное распределительное устройство 12 располагается в верхней части 15, распылительный блок 7 располагается вдоль границы раздела (т.е. переходной секции) между нижней частью 16 и центральной частью 17, а выпускной патрубок 4 располагается на одном из концов второй, нижней части 16, который находится на другой стороне (т.е. на противоположной стороне) относительно центральной части 17.

Как уже было указано выше, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, распылительный блок 7 выполнен с возможностью подачи распыляемой водной суспензии керамического материала в виде вертикальных струй, направляемых в сторону распределительного устройства 12, в частности, в сторону верхней части 15, в частности, вверх. В качестве альтернативы или дополнительно в предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, распределительное устройство 12 выполнено с возможностью направления указанного потока F горячего газа в противоположную сторону, т.е. в сторону нижней части 16 (в частности, вниз). Таким образом, можно увеличить время, в течение которого водная суспензия керамического материала (и, в частности, твердый керамический материал) остается в камере 3 диспергирования. При этом водная суспензия керамического материала сначала выбрасывается вверх в противоположном направлении (то есть, в противотоке) относительно потока F горячего газа, а затем, достигнув наивысшей точки центральной части 17, она повторно пересекает камеру 3 диспергирования, направляясь вниз, т.е. в том же направлении, что и поток F горячего газа, что существенно повышает эффективность распылительной сушилки с точки зрения теплообмена.

В представленном описании термины «высокий», «низкий», «верхний» и «нижний» используются в привязке к распылительной сушилке 1, которая имеет продольную ось Z симметрии, и которая опирается на поверхность основания таким образом, что продольная ось Z симметрии проходит по существу перпендикулярно этой поверхности основания (как показано на фиг. 1, 2 и 3).

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, корпус 2 содержит нержавеющую сталь (в частности, состоит из нее), а в более предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, он изолирован минеральной ватой высокой плотности.

Указанная система 6 нагрева обеспечивает преимущество, состоящее в том, что она содержит, по меньшей мере, один электрический нагреватель 18 (в частности, состоит из него).

Это позволяет снизить выбросы углекислого газа и получить значительную экономию энергии при сохранении той же производительности. Фактически обеспечивается преимущество, состоящее в том, что этот электрический нагреватель 18 имеет КПД (коэффициент полезного действия), достигающий 95% (в частности, КПД, который может варьироваться от около 80% до около 90%).

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, таким как варианты осуществления, проиллюстрированные на фиг. 4, 5 и 6, этот электрический нагреватель 18, в свою очередь, содержит: наружный кожух 19, который задает нагревательную камеру 20; впускной патрубок 21 для подачи газа внутрь нагревательной камеры 20; множество электрических нагревательных элементов 22, которые проходят внутри нагревательной камеры 20 и выполнены с возможностью передачи тепла этому газу, который находится (т.е. проходит) внутри нагревательной камеры 20, за счет эффекта Джоуля с целью создания указанного потока F горячего газа; и выпускной патрубок 23, который выполнен с возможностью обеспечения отвода потока F горячего газа из нагревательной камеры 20, и который сообщается по текучей среде с распределительным устройством 12.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера (таким как проиллюстрированные варианты осуществления), впускной патрубок 21 и выпускной патрубок 23 обращены друг к другу, а электрические нагревательные элементы 22 располагаются между впускным патрубком 21 и выпускным патрубком 23 таким образом, что они пересекаются (или обдуваются) нагреваемым газом. Таким образом, этот нагреваемый газ будет нагреваться при прохождении через эти электрические нагреватели 22 в нагревательной камере 20.

В предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, электрический нагреватель 18 выполнен с возможностью нагрева потока газа, расход которого может варьироваться от около 4000 м³/ч до около 200000 м³/ч (в частности, от 30000 м³/ч до около 200000 м³/ч; в частности, в более предпочтительном варианте - от около 30000 м³/ч до около 80000 м³/ч; а в еще более предпочтительном варианте - около 50000 м³/ч) для создания указанного потока F горячего газа.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, этот газ включает в себя атмосферный воздух (в частности, состоит из атмосферного воздуха), содержащий 14% кислорода. В альтернативном варианте или в качестве комбинации нагреваемый газ включает в себя извлеченный газ (в частности, состоит из извлеченного газа).

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, наружный кожух 19 электрического нагревателя 18 характеризуется поперечным сечением по существу в виде параллелепипеда, например, поперечным сечением в виде параллелепипеда прямоугольной формы со следующими размерами: 3000×2000×3000.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, по меньшей мере, часть этих электрических нагревательных элементов 22 включает в себя электрические сопротивления 24 (в частности, состоят из этих электрических сопротивлений), которые проходят внутри нагревательной камеры 20.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, эти электрические сопротивления 24 имеют форму змеевика (см., например, фиг. 5 или 6). В альтернативном варианте эти электрические сопротивления имеют форму спирали (см., например, фиг. 4).

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, эти электрические сопротивления выполнены гладкими, а в предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, они армированы (см., например, фиг. 5).

Согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, электрические сопротивления снабжены ребрами (см., например, фиг. 6). Это позволяет увеличить размеры теплообменной поверхности, что повышает тепловой КПД распылительной сушилки 1.

В качестве альтернативы или дополнительно в предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, по меньшей мере, часть этих электрических нагревательных элементов 22 содержит продолговатый резистивный элемент 25 (в частности, состоит из него), который в предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, выполнен из алюминия и/или керамики; и металлическую крышку 26, которая обладает трехмерной сетчатой структурой, например, в виде корзины, и которая располагается таким образом, что она охватывает, по меньшей мере, частично этот продолговатый резистивный элемент 25 с наружной стороны и нагревает газ, который находится (т.е. проходит) внутри нагревательной камеры 20, за счет эффекта Джоуля. В более предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, металлическая крышка 26 содержит провод (в частности, состоит из него), который содержит железо-хром-алюминиевый сплав, или никель-хром-алюминий (в более предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений - железо-никель-хромовый сплав), или их сочетание (в частности, состоит из него).

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, электрический нагреватель 18 в данном случае содержит (в частности, представляет собой) электрический воздухонагревательный модуль известного типа.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, таким как вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг. 1, 2 и 3, система 6 нагрева содержит, по меньшей мере, один подпорный вентилятор 27, выполненный с возможностью всаса указанного газа (в частности, снаружи) и его подачи во впускной патрубок электрического нагревателя 18, обеспечивая циркуляцию нагреваемого газа внутри нагревательной камеры 20; и воздуховод 28, расположенный между электрическим нагревателем 18 и распределительным устройством 12, который выполнен с возможностью подачи потока F горячего газа в распределительное устройство 12. В предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, этот воздуховод 28 содержит впускную секцию, которая располагается по касательной к корпусу, имеющему по существу цилиндрическую форму (см. фиг. 1, 2 и 3).

Согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, таким как вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг. 3А, распылительная сушилка 1 содержит воздуховод 28, расположенный между электрическим нагревателем 18 и корпусом 2 и предназначенный для подачи потока F горячего газа в камеру 3 диспергирования, где создается повышенное давление этого потока F горячего газа с помощью указанной системы 30 отсасывания, в частности, с использованием отсасывающего устройства 31 без необходимости применения вентилятора 27. В этом случае в предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, воздуховод 28 подсоединен к верхней части цилиндрического корпуса 2 (в частности, к верхнему участку по существу цилиндрической верхней части 15) с целью подачи потока F горячего газа в камеру 3 диспергирования (см. фиг. 3А). В предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, воздуховод 28 выполнен из стали, а в более предпочтительном варианте он изолирован.

Использование системы 6 нагрева с электрическими нагревателями 18, тип которых описан выше, значительно снижает передачу тепла посредством излучения. Это позволяет, помимо прочего, снизить количество необходимой изоляции в воздуховоде 28 примерно до 25%.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, система 6 нагрева содержит множество последовательно расположенных электрических нагревателей 18 (в частности, состоит из них), каждый из которых - в предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений - выполнен по любому из вариантов осуществления настоящего изобретения, описанных выше.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, таким как вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг. 2, система 6 нагрева также содержит обычную горелку 29, например, работающую на ископаемом топливе известного типа (на газе или жидком топливе). В этом случае в предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, нагреваемый газ сначала проходит через электрический нагреватель 18, а затем - через обычную горелку 29. Это позволяет лучше регулировать температуру и объем потока F горячего газа, который подается в камеру 3 диспергирования.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, таким как варианты осуществления, проиллюстрированные на фиг. 3 и 3А, распылительная сушилка 1 дополнительно содержит систему 30 удаления отходящих газов, предназначенную для удаления отходящих газов, которые образуются после высыхания водной суспензии керамического материала, из камеры 3 диспергирования. Эта система 30 удаления отходящих газов выполнена с возможностью транспортировки этих отходящих газов, покидающих распылительную сушилку 1, а также для их фильтрации и/или снижения их концентрации.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, эта система 30 удаления содержит, по меньшей мере, одно отсасывающее устройство 31, которое всасывает эти отходящие газы; по меньшей мере, одно устройство фильтрации и/или снижения концентрации, например, в виде рукавного фильтра, предназначенное для фильтрации этих отходящих газов; и дымоход 32, предназначенный для выброса этих газов в окружающую среду.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, таким как вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг. 3А, эта система 30 удаления отходящих газов, по меньшей мере, частично идентична системе 30 отсасывания, описанной выше.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предложен способ получения тонкодиспергированного керамического порошка (CPA) из водной суспензии керамического материала (предпочтительно, но без каких-либо ограничений, выполненной так, как это описано выше в рамках раскрытия распылительной сушилки 1) путем распыления водной суспензии керамического материала с использованием распылительной сушилки 1, которая в предпочтительном варианте выполнена так, как это описано выше.

В частности, в предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, получение тонкодиспергированного керамического порошка (CPA) осуществляется путем распыления водной суспензии керамического материала, который содержит, по меньшей мере, 30% (в частности, по меньшей мере, около 32%) воды (по весу) (в частности, состоит из нее) и оставшуюся часть твердого керамического материала. В частности, как уже было указано выше в рамках описания распылительной сушилки 1, в предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, твердый керамический материал содержит глину, каолин, полевой шпат, кварцевый песок и/или их сочетание (в частности, состоит из указанных материалов). В еще более предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, эта водная суспензия керамического материала обладает плотностью, которая может варьироваться от около 1600 г/л до около 1750 г/л, и кинематической вязкостью, которая может варьироваться от около 5,0×10^-6 м²/с до около 3,0×10^-5 м²/с.

Способ получения тонкодиспергированного керамического порошка (CPA) обеспечивает преимущество, состоящее в том, что он предусматривает следующие стадии: стадию подачи, во время которой указанная система 5 подачи (в предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, выполненная по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, описанных выше) подает, в частности, заданное количество, т.е. регулируемое или дозированное количество, водной суспензии керамического материала в распылительную сушилку 1, а распылительный блок 7 этой системы 5 подачи распыляет водную суспензию керамического материала и подает ее в распыленном виде внутрь указанной камеры 3 диспергирования; стадию нагрева, во время которой система 6 нагрева (в предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, выполненная по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, описанных выше) создает поток F горячего газа с температурой, по меньшей мере, около 400°С (в частности, варьирующейся в пределах от около 500°С до около 600°С); и стадию распределения, во время которой распределительное устройство 12 распределяет этот поток F горячего газа внутри камеры 3 диспергирования таким образом, что он сталкивается с распыленной водной суспензией керамического материала, вызывая тем самым высыхание содержащегося в ней твердого керамического материала с получением тонкодиспергированного керамического порошка (CPA).

Как уже было указано выше в рамках описания распылительной сушилки 1, система 6 нагрева обеспечивает преимущество, состоящее в том, что она содержит, по меньшей мере, один электрический нагреватель 18 (в частности, состоит из него), который в предпочтительном варианте выполнен согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированных выше. В более предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, в этих случаях во время выполнения стадии нагрева электрический нагреватель 18 нагревает определенное количество газа для создания указанного потока F горячего газа; в частности, электрический нагреватель 18 нагревает поток газа, расход которого может варьироваться от около 4000 м³/ч до около 200000 м³/ч (в частности, от 30000 м³/ч до около 200000 м³/ч; более конкретно - от около 30000 м³/ч до около 80000 м³/ч; а еще более конкретно - примерно 50000 м³/ч), для создания указанного потока F горячего газа.

В предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, предусмотрено, что если распределительное устройство 12 распылительной сушилки 1, используемой для реализации предложенного способа получения, содержит указанный кольцевой направляющий канал 13, то во время выполнения стадии распределения этот кольцевой направляющий канал 13 придает вихревое движение указанному потоку F горячего газа, закручивая его по спирали вокруг оси Z симметрии.

В качестве альтернативы или комбинации в предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, предусмотрено, что если распределительное устройство 12 распылительной сушилки 1, используемой для реализации предложенного способа получения, содержит систему 30 отсасывания, то во время выполнения стадии распределения эта система 30 отсасывания придает вихревое движение потоку F горячего газа, закручивая его по спирали вокруг указанной оси Z симметрии.

В предпочтительном варианте, но без каких-либо ограничений, способ получения также предусматривает: подстадию подачи газа, во время выполнения которой газ подается внутрь нагревательной камеры 20 электрического нагревателя 18 через впускной патрубок 21 этой нагревательной камеры 20; подстадию нагрева, которая, по меньшей мере, частично выполняется одновременно с подстадией подачи газа, и во время выполнения которой множество электрических нагревательных элементов 22 (которые, что лучше всего раскрыто в рамках описания распылительной сушилки 1, входят в состав электрического нагревателя 18), которые проходят внутри нагревательной камеры 20, передают тепло газу, находящемуся внутри нагревательной камеры 20, за счет эффекта Джоуля, создавая тем самым указанный поток F горячего газа; и подстадию выпуска газа, во время выполнения которой этот поток F горячего газа проходит через выпускной патрубок 23 и передается в распределительное устройство 12.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, обеспечивающим преимущество, но не носящим ограничительного характера, способ получения дополнительно предусматривает: стадию отсасывания, которая, по меньшей мере, частично предшествует подстадии подачи газа, и во время выполнения которой подпорный вентилятор 27, являющийся частью системы 6 нагрева, отсасывает газ (в частности, его определенное количество/поток) и подает его на впускной патрубок 21 нагревательного элемента 18; и стадию передачи, которая выполняется (по меньшей мере, частично) одновременно с выполнением подстадии выпуска газа, и во время выполнения которой поток F горячего газа, выходящий из выпускного патрубка 23, пересекает (в частности, проходит через) воздуховод 28, расположенный между электрическим нагревателем 18 и распределительным устройством 12.

Распылительная сушилка 1 и способ получения тонкодиспергированного керамического порошка (CPA), описанные выше, обладают многочисленными преимуществами, некоторые из которых перечислены ниже.

Использование системы 6 нагрева, содержащей электрический нагреватель (в частности, состоящей из этого нагревателя), снижает выбросы углекислого газа и уменьшает энергопотребление с сохранением эксплуатационных характеристик в части объема горячего газа, подаваемого в камеру 3 диспергирования, и температуры потока F этого горячего газа.

Кроме того, система 6 нагрева, описанная выше, легко адаптируется к конструкции распылительных сушилок предшествующего уровня техники, оснащенных горелками, работающими на газе или жидком топливе.

И, наконец, следует отметить, что использование электрического нагревателя 18, тип которого описан выше, в сравнении с использованием горелок предшествующего уровня техники, работающих на газе или жидком топливе, снижает содержание воды (вода фактически полностью удаляется в качестве побочного продукта сгорания), что способствует высушиванию распыленной водной суспензии керамического материала и, таким образом, получению тонкодиспергированного керамического порошка (CPA) и снижению энергопотребления.

Claims (36)

1. Распылительная сушилка (1) для получения тонкодиспергированного керамического порошка (CPA) из водной суспензии керамического материала, причем указанная распылительная сушилка (1) содержит:

корпус (2), который задает границы камеры (3) диспергирования и который содержит, по меньшей мере, один выпускной патрубок, выполненный с возможностью обеспечения выхода тонкодиспергированного керамического порошка (CPA) из указанной камеры (3) диспергирования;

систему (5) подачи, предназначенную для подачи в указанную камеру (3) диспергирования водной суспензии керамического материала, содержащей, по меньшей мере, около 30% воды (по весу) и остальную часть твердого керамического материала, причем система (5) подачи содержит, по меньшей мере, один распылительный блок (7), выполненный с возможностью распыления указанной водной суспензии керамического материала и впрыска указанной распыленной водной суспензии керамического материала в указанную камеру (3) диспергирования;

систему (6) нагрева для создания потока (F) горячего газа с температурой, по меньшей мере, 400°C; и

распределительное устройство (12), выполненное с возможностью распределения указанного потока (F) горячего газа внутри указанной камеры (3) диспергирования таким образом, что он сталкивается с распыленной водной суспензией керамического материала, вызывая тем самым высыхание содержащегося в ней твердого керамического материала с получением тонкодиспергированного керамического порошка (CPA);

причем указанная система (6) нагрева содержит, по меньшей мере, один электрический нагреватель (18);

при этом распылительная сушилка (1) отличается тем, что указанный, по меньшей мере, один электрический нагреватель (18), в свою очередь, содержит: наружный кожух (19), который задает границы нагревательной камеры (20); впускной патрубок (21) для подачи газа внутрь указанной нагревательной камеры (20); множество электрических нагревательных элементов (22), которые проходят внутри указанной нагревательной камеры (20) и выполнены с возможностью передачи тепла указанному газу, который находится внутри указанной нагревательной камеры (20), за счет эффекта Джоуля, генерируя указанный поток (F) горячего газа; и выпускной патрубок (23), который выполнен с возможностью обеспечения отвода указанного потока (F) горячего газа из указанной нагревательной камеры (20) и который сообщается по текучей среде с указанным распределительным устройством (12); а также тем, что, по меньшей мере, часть указанных электрических нагревательных элементов (22) содержит продолговатый резистивный элемент (25) и металлическую крышку (26), которая обладает трехмерной сетчатой структурой и которая располагается таким образом, что она охватывает, по меньшей мере, частично указанный продолговатый резистивный элемент (25) с наружной стороны и нагревает указанный газ, который находится внутри указанной нагревательной камеры (20), за счет эффекта Джоуля.

2. Распылительная сушилка (1) по п. 1, в которой указанная металлическая крышка (26) содержит провод, который выполнен из железо-хром- алюминиевого сплава, или никель-хромового сплава, или железо-никель-хромового сплава, или их сочетания.

3. Распылительная сушилка (1) по п. 1 или 2, в которой, по меньшей мере, часть указанных электрических нагревательных элементов (22) содержит электрические сопротивления (24), которые проходят внутри указанной нагревательной камеры (20).

4. Распылительная сушилка (1) по любому из предшествующих пунктов, в которой система (6) нагрева содержит, по меньшей мере, один подпорный вентилятор (27), выполненный с возможностью всасывания указанного газа (G) и его подачи в указанный впускной патрубок (21) указанного, по меньшей мере, одного электрического нагревателя (18); и воздуховод (28), который располагается между указанным, по меньшей мере, одним электрическим нагревателем (18) и указанным распределительным устройством (12) и который выполнен с возможностью подачи указанного потока (F) горячего газа в указанную камеру (3) диспергирования.

5. Распылительная сушилка (1) по любому из предшествующих пунктов, в которой:

указанный корпус (2) имеет по существу вертикальную ось (Z) симметрии;

указанный распылительный блок (7) содержит множество сопел (8), располагающихся вдоль, по меньшей мере, одного по существу кольцевого свода, центр которого лежит на указанной оси (Z) симметрии; а

указанное распределительное устройство (12) содержит, по меньшей мере, один кольцевой направляющий канал (13), который выполнен с возможностью придания вихревого движения указанному потоку (F) горячего газа, закручивая его по спирали вокруг указанной оси (Z) симметрии.

6. Распылительная сушилка (1) по п. 5, в которой указанное распределительное устройство (12) содержит: множество отверстий для подачи потока (F) горячего газа в направлении указанной камеры (3) диспергирования; множество спиралеобразных каналов и множество дефлекторов для направления указанного потока (F) горячего газа в сторону указанного множества отверстий.

7. Распылительная сушилка (1) по любому из пп. 1-4, в которой:

указанный корпус (2) имеет по существу вертикальную ось (Z) симметрии;

указанный распылительный блок (7) содержит множество сопел (8), располагающихся вдоль, по меньшей мере, одного по существу кольцевого свода, центр которого лежит на указанной оси (Z) симметрии; а

указанное распределительное устройство (12) содержит систему (30) отсасывания, которая выполнена с возможностью придания вихревого движения указанному потоку (F) горячего газа, закручивая его по спирали вокруг указанной оси (Z) симметрии.

8. Распылительная сушилка (1) по любому из предшествующих пунктов, в которой:

указанный корпус (2) содержит по существу цилиндрическую первую часть (15), по существу коническую вторую часть (16) и по существу цилиндрическую центральную часть (17), которая располагается без каких-либо зазоров между первой частью (15) и второй частью (16), и которая задает границы указанной камеры (3) диспергирования;

указанное распределительное устройство (12) располагается в указанной первой части (15); а

указанный выпускной патрубок (4) располагается на одном из концов указанной второй части (16), который находится на противоположной стороне относительно центральной части (17).

9. Распылительная сушилка (1) по любому из предшествующих пунктов, в которой указанная система (6) нагрева содержит множество последовательно расположенных электрических нагревателей.

10. Способ получения тонкодиспергированного керамического порошка (CPA) из водной суспензии керамического материала с использованием распылительной сушилки (1), выполненной по любому из пп. 1-9;

при этом указанный способ получения предусматривает следующие стадии:

стадию подачи, во время которой указанная система (5) подачи подает водную суспензию керамического материала, содержащей, по меньшей мере, около 30% воды (по весу) и оставшуюся часть твердого керамического материала в указанную распылительную сушилку (1), а указанный распылительный блок (7) распыляет указанную водную суспензию керамического материала и подает ее в распыленном состоянии в указанную камеру (3) диспергирования;

стадию нагрева, во время которой указанная система (6) нагрева создает поток (F) горячего газа с температурой, по меньшей мере, 400°C; и

стадию распределения, которая, по меньшей мере, частично следует за указанной стадией нагрева и во время которой распределительное устройство (12) распределяет указанный поток (F) горячего газа внутри указанной камеры (3) диспергирования таким образом, что он сталкивается с распыленной водной суспензией керамического материала, вызывая тем самым высыхание содержащегося в ней твердого керамического материала с получением тонкодиспергированного керамического порошка (CPA).

11. Способ получения по п. 10, в котором указанная стадия нагрева предусматривает:

подстадию подачи газа, во время выполнения которой газ подается внутрь нагревательной камеры (20) электрического нагревателя (18) через указанный впускной патрубок (21);

подстадию нагрева, которая, по меньшей мере, частично выполняется одновременно с подстадией подачи газа и во время выполнения которой множество электрических нагревательных элементов (22), которые проходят внутри указанной нагревательной камеры (20), передают тепло указанному газу, находящемуся внутри указанной нагревательной камеры (20), за счет эффекта Джоуля, генерируя указанный поток (F) горячего газа; и

подстадию выпуска газа, во время выполнения которой указанный поток (F) горячего газа проходит через указанный выпускной патрубок (23) и передается в указанное распределительное устройство (12).

12. Способ получения по п. 11, предусматривающий: стадию всасывания, которая, по меньшей мере, частично предшествует подстадии подачи газа и во время выполнения которой подпорный вентилятор (27), являющийся частью системы (6) нагрева, отсасывает указанный газ (G) и подает его в направлении указанного впускного патрубка (21) указанного, по меньшей мере, одного нагревательного элемента (18); и стадию передачи, которая выполняется, по меньшей мере, частично одновременно с выполнением указанной подстадии выпуска газа и во время выполнения которой указанный поток (F) горячего газа, выходящий из указанного выпускного патрубка (23), пересекает указанный воздуховод (28), расположенный между указанным, по меньшей мере, одним электрическим нагревателем (18) и указанным распределительным устройством (12).

13. Способ получения по любому из пп. 10-12 для получения тонкодиспергированного керамического порошка (CPA) из водной суспензии керамического материала с использованием распылительной сушилки (1), выполненной по п. 5, в котором во время выполнения указанной стадии распределения кольцевой направляющий канал (13) придает вихревое движение указанному потоку (F) горячего газа, закручивая его по спирали вокруг указанной оси (Z) симметрии.

14. Способ получения по любому из пп. 10-12 для получения тонкодиспергированного керамического порошка (CPA) из водной суспензии керамического материала с использованием распылительной сушилки (1), выполненной по п. 6, в котором во время выполнения указанной стадии распределения указанная система (30) отсасывания придает вихревое движение указанному потоку (F) горячего газа, закручивая его по спирали вокруг указанной оси (Z) симметрии.