Способ и установка для извлечения твердого осадка путем выпаривания из текучего вещества

 

Изобретение используется для дегидратации различных веществ, в частности навозной жижи. В соответствии с настоящим изобретением обрабатываемое вещество наносят в виде тонкого слоя на гладкую и горячую сторону (10) теплообменной стенки (1), выполненной с возможностью перемещения по закрытой цикличной траектории, слой вещества расплющивают на этой стороне для его выравнивания и расстилания и в конце цикла удаляют твердый и сухой осадок. При этом непосредственно перед нанесением вещество (М) подвергают значительному объемному расширению для придания ему консистенции пены, которую наносят в виде тонкого слоя на горячую сторону (10). 2 с. и 24 з.п. ф-лы, 24 ил.

Изобретение касается способа и установки для извлечения путем выпаривания твердого осадка, содержащегося в виде суспензии и/или раствора в текучем веществе, содержащем летучие вещества, в частности в водосодержащем веществе.

Ранее уже предлагалось наносить тонкий слой обрабатываемого вещества на гладкой и горячей стороне теплообменной стенки, которую нагревают до температуры, необходимой для быстрого выпаривания воды и/или других летучих веществ, содержащихся в данном веществе, при этом горячую стенку выполняют с возможностью перемещения по закрытой цикличной траектории, затем расплющивать слой вещества на горячей стороне стенки для его выравнивания и обеспечения его измельчения и расстилания, и, наконец, собирать путем скобления в конце цикла твердый осадок, образовавшийся на указанной горячей стороне стенки.

Подобный способ описан в публикации WO 93/16005, которая приведена здесь в качестве ссылки.

Описанная в этой публикации установка содержит ряд горизонтальных коаксиальных и параллельных дисков, установленных на одном вращающемся валу, при этом каждый из дисков образует подвижную стенку, и его верхняя сторона образует горячую сторону, на которой вещество подвергают обработке.

В данном известном решении нанесение вещества на вращающийся диск осуществляют при помощи колеблющегося коромысла, на котором установлен трубопровод для подачи вещества, соединенный с верхней стороной диска. Разбивание слоя материала осуществляется в описанном способе реализации посредством ряда барабанных средств расплющивания.

Скобление в конце цикла осуществляют при помощи скребка, соединенного с небольшой щеткой, которые в предпочтительном варианте установлены на колеблющемся коромысле, обеспечивающем нанесение вещества; скребок и щетка служат для удаления наружу сухого осадка.

В способе и установке, описанных в документе WO 93/16005, диски и несущий их вал выполнены полыми, при этом их внутренние пространства сообщаются между собой, образуя камеру, называемую конденсационной, а набор дисков установлен внутри камеры, называемой испарительной, при этом установка снабжена системой для удаления пара, образующегося в испарительной камере, для механического сжатия этого пара и для подачи сжатого пара в конденсационную камеру, при этом неконденсируемые компоненты удаляют из пара перед его повторным сжатием путем физико-химической обработки.

Благодаря такой конструкции количество тепла, которое выделяется при конденсации пара внутри дисков, передается веществу через теплообменную стенку на верхнюю сторону диска и способствует испарению эквивалентного объема жидкости, находящегося в слое обрабатываемого вещества, нанесенного на эту верхнюю сторону.

Таким образом, выделяемое при конденсации тепло отводится для испарения, обеспечивая работу при небольшом расходе энергии, примерно соответствующем расходу механической энергии, необходимой для сжатия пара.

Этот способ и установка для осуществления способа приспособлены, в частности, для обработки навозной жижи, в частности навозной жижи, получаемой из свиноводческой фермы; при этом установка работает при давлении примерно 0,1 МПа и при температуре порядка 100^oС в испарительной камере и при давлении примерно 0,14 МПа и при температуре порядка 110^oС в конденсационной камере.

Хотя настоящее изобретение предусмотрено для применения в установке, в которой используют тепло, выделяемое при конденсации с одной стороны теплообменной стенки, для обеспечения испарения с другой стороны этой стенки, область его применения этим не ограничивается.

Действительно, оно может быть применено на нагреваемых испарительных поверхностях, где не используют принцип механического сжатия пара; в данном случае требуется для такого способа гораздо больше материальных затрат, чем для способа, в котором применяют повторное механическое сжатие пара; кроме того, оно может применяться для обработки некоторых веществ и/или в других случаях, когда потребление энергии не ставит неразрешимых проблем.

Независимо от того, осуществляют обработку при помощи нормально нагреваемой дегидратационной поверхности (например, с использованием эффекта Джоуля) или по принципу повторного сжатия пара, очень важно, чтобы обезвоживаемое вещество было нанесено в виде очень тонкого и очень равномерного слоя на гладкую и чистую поверхность.

Однако проведенные заявителем эксперименты показали, что решения такой задачи, на первый взгляд очень простой, чрезвычайно трудно достичь при обработке некоторых веществ, таких как животные фекалии, грязь очистных сооружений и многие отходы предприятий агропромышленного комплекса.

Такие отходы имеют между собой много общего. Они содержат много воды (порядка 85-98%), являются относительно текучими, неоднородными по составу и отстойными. Химический состав их пара очень сложен. Они очень агрессивно действуют на материалы вообще, а также создают большие проблемы, связанные с засорением и забиванием трубопроводов, клапанов и насосов установки.

В оптимальном варианте толщина слоя вещества, наносимого на нагревательную поверхность, не должна превышать 1 мм и предпочтительно должна быть порядка 0,5 мм.

Однако физическая природа обезвоживаемых веществ делает невозможным применение обычных приспособлений, таких как сопла, перфорированные рампы, распределительные щели или капиллярное нанесение. Практически невозможно наносить вещества в виде жидкого слоя настолько незначительной толщины.

Задачей настоящего изобретения является решение этой проблемы.

Для этого способ в соответствии с изобретением включает ранее упомянутые этапы и отличается тем, что непосредственно перед нанесением вещества на горячую сторону теплообменной стенки производят значительное расширение данного вещества в объеме, придавая ему консистенцию пены с возможностью нанесения этой пены на горячую сторону в виде тонкого слоя. В предпочтительном варианте наносимый слой имеет толщину меньше 1 мм и предпочтительно порядка 0,5 мм.

Такое объемное расширение предпочтительно выполняют при степени расширения от 20 до 100.

В соответствии с дополнительным возможным отличительным признаком, являющимся предпочтительным, нежелательные частицы, остающиеся на горячей стороне после операции скобления, удаляют, чтобы избежать их попадания в зону нанесения пены.

Действительно, присутствие осадочных частиц в зоне образования пены может привести к забиванию расширительного устройства и помешать пенообразованию.

Данный способ может применяться для обработки навозной жижи, в частности навозной жижи от свиней.

Установка для извлечения в соответствии с настоящим изобретением является установкой обычного типа и отличается тем, что средства подачи и нанесения вещества выполнены с возможностью обеспечения значительного объемного расширения этого вещества для придания ему консистенции пены и для нанесения этой пены на горячую сторону в виде тонкого слоя.

Кроме того, в соответствии с рядом дополнительных отличительных признаков установки, не ограничивающих ее: - горячая сторона выполнена плоской и горизонтальной, а средства объемного расширения вещества содержат кожух, установленный над этой горячей поверхностью, открытый снизу и сбоку, в направлении движения подвижной стенки, а также средства подачи обрабатываемого вещества в кожух, при этом кожух ограничивает камеру расширения вещества, дно которой образовано горячей подвижной поверхностью; - вещество подают в корпус при помощи объемного насоса через шнек, образованный щеткой, установленной с возможностью вращения в трубопроводе подачи; - корпус содержит днище с нижней стороной, выполненной плоской, горизонтальной и параллельной горячей стороне, при этом днище выполнено подвижным в вертикальном направлении с возможностью опускания и прижатия (периодического) к горячей стороне для ее очистки; - установка содержит средства моментальной остановки насоса и опускания днища корпуса для его цикличного прижатия к горячей стороне, при этом подъем этого днища после этого происходит автоматически при помощи упругих возвратных средств; - корпус в вертикальной проекции имеет расширяющийся профиль, открытая сторона которого направлена в сторону движения подвижной стенки, при этом подачу вещества осуществляют на входе корпуса в его узкой зоне; - средства расплющивания содержат, по меньшей мере, один гибкий лист, прижимаемый к веществу при помощи упругих средств, таких как пластинчатая пружина; - гибкий лист совершает возвратно-поступательное колебательное движение со слабой амплитудой; - такой лист выполнен из политетрафторэтилена; - средства скобления содержат набор скребков, работающих каскадно и совершающих цикличное движение по существу эллиптической траектории;
- теплообменная стенка выполнена в виде вращающегося диска с вертикальной осью вращения, верхняя сторона которого образует горячую поверхность, а скребки выполнены с возможностью постепенного перемещения осадка наружу диска и его удаления в вертикальный коллектор;
- установка содержит дополнительный скребок, выполненный с возможностью скобления ребра диска;
- она содержит неподвижный щиток в виде дуги круга, установленный на краю диска непосредственно за средствами нанесения вещества на диск и препятствующий выходу пены наружу;
- она содержит средства механического удаления частиц, остающихся на горячей стороне, при этом эти средства расположены за средствами скобления и удаления и перед средствами нанесения;
- средства удаления частиц содержат металлический лист для сбора, соединенный по меньшей мере с одним отводным шнеком;
- средства удаления частиц выполнены с возможностью удаления последних с диска наружу;
- установка содержит множество одинаковых горизонтальных дисков, установленных коаксиально на некотором расстоянии друг от друга, вращающихся в виде блока вокруг вертикальной оси, при этом установка дополнительно содержит нагреваемую кольцевую дорожку сбора, выполненную в основании установки на одной линии с краем дисков;
- она содержит множество скребков, вращающихся синхронно с множеством дисков внутри дорожки сбора и выполненных с возможностью перемещения находящихся на ней частиц к отводному отверстию, расположенному в основании коллектора;
- она содержит скребки, выполненные с возможностью соскабливания осадка, прилипшего к нижней стороне дисков, и его сбрасывания на верхнюю сторону находящегося ниже смежного диска и/или на дорожку сбора;
- диски выполнены полыми и установлены на трубчатом валу, внутреннее пространство которого сообщается с внутренним пространством каждого диска, при этом эти пространства образуют камеру, называемую конденсационной, при этом множество дисков установлено внутри камеры, называемой испарительной, при этом установка содержит систему для отвода пара, получаемого в испарительной камере, для механического сжатия этого пара и для подачи сжатого пара в конденсационную камеру;
- установка содержит устройство для извлечения и уплотнения осадка, выполненное в виде пары нагревательных ленточных конвейеров;
- установка содержит средства промывки горячей водой горячей стороны.

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более понятны при рассмотрении нижеследующего описания и прилагаемых чертежей, на которых неограничительно показан возможный вариант выполнения.

Устройство поясняется следующими чертежами.

Фиг. 1 - упрощенная схема осуществления способа в соответствии с изобретением.

Фиг.1А - элемент на фиг.1, на котором показано днище пенообразующего кожуха в нижнем положении для очистки горячей стороны.

Фиг.2 - схематическое фронтальное изображение нижней части установки для извлечения, содержащей множество полых дисков.

Фиг.3 - схематическое изображение диска, вид сверху.

Фиг.4 - изображение насоса питания установки.

Фиг. 4А - изображение элемента кулачкового вала, предназначенного для управления насосом.

Фиг. 5 - схематическое изображение пенообразующего кожуха для расширения вещества, вид сверху.

Фиг. 6 - изображение в разрезе по вертикальной плоскости, обозначенной VI-VI на фиг.5.

Фиг. 7 - схематическое частичное изображение диска с показом средств расплющивания, выполненных в виде гибкого листа.

Фиг.8 - изображение этих же средств, вид сбоку.

Фиг. 9 - частичное изображение диска, вид сверху, показывающее конструкцию средств скобления и их действие.

Фиг. 10 - частичное схематическое изображение системы управления эллиптическим движением скребков.

Фиг.11 и 12 - схематическое изображение скребка, соответственно вид сверху и вид спереди.

Фиг. 13 - схематическое изображение в поперечном разрезе возможного варианта выполнения средств механического удаления частиц.

Фиг. 14 - частичное изображение диска, вид сверху, показывающее одновременно средства скобления, средства удаления мелких остаточных частиц и средства подачи вещества и пенообразования.

Фиг.15 - схематическое изображение в разрезе нижнего участка установки в основании коллектора и на входе устройства для извлечения и уплотнения осадка.

Фиг. 15А - изображение, вид сбоку, одного из скребков, движущихся по дорожке сбора непосредственно у входа отводного отверстия.

Фиг.16 - общий вид сверху нижнего диска и системы удаления.

Фиг. 17 - изображение в разрезе устройства для извлечения и уплотнения осадка.

Фиг.18 - фрагмент на фиг.17 с изображением ведущего барабана конвейерной ленты.

Фиг. 19 - частичное изображение, вид сверху, устройства для удаления и уплотнения.

Фиг.20 - изображение, вид сверху, щитка на краю диска.

Фиг. 21 - изображение в поперечном разрезе по вертикальной плоскости ХХI-ХХI, показанной на фиг.20.

Со ссылкой на фиг.1 ниже представлен общий принцип осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.

Обрабатываемое вещество является, например, навозной жижей от свиней.

Дегидратацию вещества осуществляют на теплообменной стенке 1, которую нагревают до температуры, необходимой для быстрого испарения воды и/или других летучих компонентов, содержащихся в обрабатываемом веществе.

Верхняя сторона 10 этой стенки выполнена гладкой и плоской.

Стенка 1 является подвижной. Она перемещается слева направо на фиг.1, и направление ее перемещения обозначено стрелкой R.

Предпочтительно это перемещение должно происходить при постоянной скорости.

Как будет показано ниже, в случае, если поверхность 10 является верхней стороной диска, то перемещение R является вращательным при постоянной и медленной скорости.

Следовательно, речь идет о цикличном движении, при этом нанесение вещества на горячую сторону 10 осуществляют в начале цикла, а удаление различных видов осадка - в конце цикла, при этом сторона 10 приходит в место нанесения обрабатываемого вещества уже полностью очищенной.

Как будет показано ниже, это место 2 выполнено в виде кожуха, днище которого обозначено 20. Кожух открыт одновременно снизу и сбоку, в данном случае в сторону направления перемещения R.

Вещество подают в этот кожух при помощи средств, которые содержат шнек 21, установленный в трубе с возможностью вращения. Сечение трубы для подачи вещества выполнено меньшим по отношению к объему внутреннего пространства кожуха 2. Вследствие этого происходит частичное испарение и быстрое расширение вещества, которое преобразуется в эмульсию и принимает консистенцию пены.

В зависимости от природы вещества пена может быть более или менее плотной. Форма и размеры кожуха обеспечивают степень расширения от 20 до 100. Это значит, что объем пенообразного вещества, образующегося в кожухе, в 20-100 раз превышает объем вещества при его подаче при помощи шнека 21.

Вследствие постепенного испарения этой эмульсии, показанного стрелками Е на фиг.1, получают все более сухой и все более тонкий слой.

Этот слой доходит до средств расплющивания 3, предназначенных для измельчения и расстилания слоя вещества на горячей стороне, тем самым получают однородный слой путем разравнивания образовавшихся в нем небольших неровностей, в результате этого значительно повышается качество теплообмена между горячей стороной и веществом.

Средства расплющивания будут описаны ниже со ссылкой на фиг.7 и 8.

В конце дегидратации слой состоит из сухого или практически сухого осадка. На этом этапе в действие вступают средства скобления 4, которые соскабливают осадок r и удаляют его с поверхности 10 в коллектор.

Средства скобления будут описаны ниже со ссылкой на фиг.9 и 10.

Несмотря на эту операцию, на горячей стороне 10 все еще остаются мелкие частицы р.

Действительно, некоторые виды осадка не поддаются воздействию средств скобления, в частности, из-за его прилипания к горячей стороне. Другие частицы р были соскоблены средствами скобления, но во время движения от них оторвались.

Необходимо удалить эти нежелательные частицы р, чтобы они не попали в пенообразующий кожух, так как это быстро приведет к его засорению и помешает процессу расширения.

Для этого между средствами скобления 4 и кожухом 2 выполнены средства 5 для удаления частиц р с горячей стороны 1.

Эти средства описаны ниже со ссылкой на фиг.13 и 14.

Как показано на фиг. 1, можно периодически очищать сторону 10 путем опускания днища 20 кожуха и его прижимания под определенным усилием к стороне 10. При помощи такого действия разрушают структуру образующегося агломерата, состоящего из тяжелого отстоя или из частично высохшего вещества, прилипшего к стороне 10.

На фиг. 2 схематически и частично показана установка для дегидратации с вращающимися дисками, аналогичная установке, описанной в публикации WO 93/16005.

Эта установка содержит резервуар 6 с изотермическими стенками 60 цилиндрической формы с вертикальной осью ZZ', установленный на опоре 61, закрепленной на земле.

Внутри резервуара 6 выполнен ряд полых дисков 1, имеющих расположение и установленных на одном трубчатом валу 100 с осью ZZ'.

Эта конструкция удерживается при вращении при помощи направляющего устройства 101, установленного на днище 62 резервуара.

Внутреннее пространство трубчатого вала 100 и полых дисков образуют конденсационную камеру, а внешнее от дисков пространство внутри резервуара образует испарительную камеру.

Полученный в испарительной камере пар подвергают механическому сжатию при помощи не показанных на фигуре средств и подают в конденсационную камеру, как показано на фигуре стрелкой а.

Полученный конденсат поступает в накопитель 63, выполненный в основании трубчатого вала 100, и периодически удаляется из него, как показано стрелкой b.

Для сведения, конструкция может содержать от 20 до 30 дисков диаметром порядка 2 м.

Полый вал 100 непрерывно вращается при помощи соответствующих средств (не показаны на фигуре) с постоянной равномерной и относительно небольшой скоростью, например, порядка 0,33 оборота в минуту.

На фиг. 2 показана также кольцевая дорожка 7, закрепленная на днище 62 внутри резервуара. Эта дорожка выполнена в виде кольцевого U-образного канала, открытая сторона которого направлена вверх и находится на уровне края ряда дисков.

Понятно, что вещества, удаляемые за пределы дисков, падают под действием силы тяжести в дорожку 7.

Внутри дорожки 7 выполнено множество скребков 71. Они расположены на некотором угловом расстоянии друг от друга и установлены на дополнительном диске 72, также вращающемся вокруг оси ZZ'.

В предпочтительном варианте этот нижний диск 72 выполнен заодно с трубчатым валом и вращается одновременно с дисками.

Слева на фиг. 2 показан электрический двигатель-редуктор 48 с концевым валом 47.

Как будет показано ниже, этот вращающийся вал обеспечивает возвратно-поступательное колебательное движение пары коромысел 44, 44', на которых выполнены средства скобления.

Общий вид сверху на фиг.3 позволяет рассмотреть местонахождение различных пунктов на каждом диске 1, направление вращения которого показано стрелкой R.

На этой фигуре показаны насос 213 подачи вещества к шнеку 21, пенообразующий кожух 2, средства расплющивания 3, средства скобления 4 и средства 5 удаления остаточных нежелательных частиц. На фигуре показаны также кольцевая дорожка 7, по которой движется множество скребков 71, а также небольшая щетка 710, предназначенная для очистки нижней части каждого из этих скребков.

На фиг.3 показаны также вертикальный коллектор 8 и щиток 12, функции которых будут рассмотрены ниже.

На фиг.4 показано устройство для подачи обрабатываемого вещества, имеющего температуру, близкую к температуре дегидратации, для навозной жижи эта температура примерно составляет 100^oС.

В предпочтительном варианте навозную жижу предварительно нагревают при помощи полученного во время испарения дистиллята при прохождении через теплообменник, в котором навозная жижа и дистиллят движутся в противоположных направлениях.

Теплообменник для такого предварительного нагрева описан в патентной заявке 99 00655 от 14 января 1999 года, которая приведена здесь в качестве ссылки.

Вещество подается при помощи объемного насоса 213, характеристики которого, в частности расход, выбирают в зависимости от площади осушения и природы вещества; если речь идет о навозной жиже, то можно использовать центробежный насос с расходом примерно от 25 до 50 л/час.

Шнек 21 предназначен для подачи вещества в кожух 2 и содержит трубу 218, внутри которой вращается геликоидальная щетка 217, образующая собственно шнек; такая конструкция используется, чтобы избежать засорения и забивания трубы.

Насос 213 питается от трубопровода 210 подачи вещества через трехканальную заслонку 212. Устройство дополнительно содержит узел подачи горячей воды 211, и при помощи манипулирования заслонкой 212 можно подавать в насос либо обрабатываемое вещество, либо горячую воду (для этапа очистки).

Насос 213 приводится во вращение от шестерни 216, которая в свою очередь через муфту вращается посредством двигателя, не показанного на фигуре. Муфта содержит приводной кулачковый узел, на который действует геликоидальная пружина сжатия 215.

Насос может отключаться от приводной шестерни 216 при вращении кулачкового вала 200, при этом отключение происходит, когда кулачок 201 кулачкового вала толкает штангу 217, выполненную заодно с приводным кулачковым узлом. Это позволяет обеспечить цикличное прекращение подачи вещества в кожух 2.

Как показано на фиг.4А, вал 200 содержит несколько кулачков 201, смещенных относительно друг друга в угловом направлении и равномерно распределенных по продольному направлению вала. Каждый диск соединен с отдельным насосом, отключаемым при помощи одного из кулачков. Угловое смещение позволяет развести по времени циклы очистки от одного диска к другому, чтобы обеспечить равномерность общего процесса дегидратации в установке.

Шнек 21 входит внутрь кожуха 2, который подробно показан на фиг.5 и 6.

Кожух 2 содержит раму 22, которая в вертикальной проекции имеет расширяющуюся форму. Она выполнена в виде вертикальной перегородки, соприкасающейся с горячей стороной 10 через прокладку 23.

Кожух содержит горизонтальную пластину 20, называемую "днищем" (поскольку кожух перевернут, то его отверстие направлено вниз) и расположенную на некотором расстоянии от стороны 10, при этом весь узел выполнен из термоизоляционного материала.

Нижняя сторона 2000 днища выполнена плоской и гладкой и параллельна стороне 10.

Это днище 20 удерживается в верхнем положении при помощи пружин, выполненных из упругой проволоки или упругих пластин 25, которые тянут ее вверх и прижимают к упорам 24; последние выполнены в виде полукруглых пластинок, равномерно распределенных и закрепленных на верхней части рамы 22.

Гибкая мембрана 26, один из краев которой закреплен на верхней части рамы 22, а другой - на смежном нижнем крае борта днища 2, обеспечивает герметичность на этом уровне.

В изображении сверху рама 22 имеет симметричную форму примерно V-образного вида с ветвями, расходящимися в направлении движения R. Ветви V слегка закруглены, при этом их выпуклая сторона направлена внутрь кожуха.

Питающий шнек 21 соединен с узкой зоной 29, соответствующей вершине V.

Относительно плотное вещество, нагнетаемое шнеком 21 в зону 29 кожуха, попадает в начало расширяющегося пространства, ограниченного сверху днищем 20, по бокам расходящимися перегородками 22 и снизу подвижной горячей стороной 10, с другой стороны это пространство открыто в направлении движения R.

Как показано на фиг. 3, устье этого V-образного кожуха расположено по существу радиально по всей поверхности диска от центрального вала 100 и до края диска.

В результате частичного моментального испарения под действием тепла от горячей стороны 10, увеличения объема и уменьшения давления вещество М превращается в эмульсию с образованием пузырьков и принимает консистенцию пены.

Эта пена расстилается по всему радиусу движущегося диска.

На верхней части пластины, образующей днище 20, закреплена пара колодок 28.

Эти колодки выполняют роль противоположных упоров, с которыми на каждом обороте входят в контакт кулачки 280, закрепленные на нижней стороне находящегося выше смежного диска, которые упираются в колодки 28 и заставляют перемещаться вниз (стрелка Р) днище 20, прижимая его к поверхности 10.

После прохождения кулачка 280 упругие пластины 25 заставляют пластину 20 автоматически подниматься вверх и прижиматься к колодкам 24, и занимать при этом свое нормальное положение.

Отключение насоса кулачками 201 синхронизировано с опусканием днища 20 кожуха с возможностью прекращения подачи вещества в течение определенного промежутка времени, во время которого пластина 20 трется по поверхности 10.

Таким образом осуществляют очистку диска на каждом обороте, то есть через каждые три минуты, при этом очистка длится несколько секунд.

Кроме такой часто повторяющейся очистки можно предусмотреть дополнительную очистку горячей водой, например, через каждые 3-6 часов, заменяя осушаемое вещество горячей водой, либо выборочно диск за диском при помощи трехканальной заслонки 212, либо одновременно всех дисков. Такую дополнительную очистку горячей водой предпочтительно осуществляют за 1-2 оборотов, то есть в течение времени от 3 до 6 минут.

Раздельная очистка каждого диска незначительно влияет на нормальный общий процесс работы установки.

Такую очистку выполняют дополнительно при каждом запуске и отключении установки.

Очистка горячей водой необходима для удаления загрязнений, неизбежно возникающих при прохождении особенно трудно поддающегося обработке вещества и образующих после нескольких часов работы отложение в виде пленки, очень тонкой, но тем не менее достаточной, чтобы значительно снизить эффективность дегидратации.

На выходе из кожуха 2 пенистое вещество не должно попадать на края диска.

Для этого непосредственно на выходе из кожуха 2 выполнен щиток.

На фиг. 20 и 21 показано, что щиток 13 состоит из пары дугообразных планок, концентричных диску и обжимающих гибкую ленту 12. Последняя прижимается к краю диска и выполняет роль уплотнительного фартука, препятствующего перетеканию вещества за пределы диска. Щиток установлен на пальце 140, закрепленном на одном конце упругой пластины 14, другой конец которой закреплен на неподвижной детали. Упругая пластина 14 прижимает прокладку 12 к верхней стороне диска с определенным усилием. Фартук 12 выполнен из гибкого синтетического материала, стойкого к агрессивному воздействию вещества.

Щиток расположен на ограниченном секторе окружности, так как после нанесения вещества и начала его дегидратации необходимость в нем отпадает.

Со ссылкой на фиг.7 и 8 далее следует описание предпочтительного варианта выполнения средств расплющивания 3.

Эти средства содержат профиль 30 V-образного сечения, закрепленный на одном из концов упругой пластины 34, обладающей относительно высокой степенью жесткости; пластина 34 расположена примерно на середине радиуса диска и ориентирована в общем направлении движения диска в данной зоне. Она может сгибаться в горизонтальной плоскости. Другой конец пластины 34 закреплен на кронштейне 33, выполненном заодно с неподвижной деталью 400. Последняя служит направляющей, с возможностью свободного хода при угловом отклонении, для поступательного движения коромысла 40, являющегося частью средств скобления 4, которые будут описаны ниже. Коромысло 40, показанное на фиг.7 пунктирной линией, совершает колебательное движение с незначительной амплитудой d и с центром на уровне детали 400.

V-образный профиль 30, вершина которого направлена вверх, содержит одно вертикальное крыло, а его другое крыло наклонено вниз к выходу (по направлению движения R диска).

Под наклонным крылом закреплена полоса 31 из упругого листа, выполненного из нержавеющей стали, частично перекрывающая широкий лист 32 из ПТФЭ (политетрафторэтилена).

Этот лист под усилием прижимается к верхней стороне диска.

Стальная полоса 31 и лист 32 имеют форму прямоугольника, большая сторона которого соответствует длине профиля 30, на котором они закреплены.

Эта большая сторона 32 образует острый угол по отношению к радиальному направлению. Этот угол является углом входа по отношению к центральной зоне диска, что заставляет вещество двигаться к центру диска, а не к его периферии, в противном случае часть вещества могла бы вытекать за пределы диска.

На конце профиля 30, направленном внутрь диска, закреплен кулачок 35, в нормальном положении соприкасающийся с колеблющимся коромыслом 40.

Колебательное движение передается через этот кулачок 35 на гибкий лист 32, который тоже совершает возвратно-поступательное движение. Амплитуда этого движения составляет порядка 10-30 мм. Возврат листа 32 осуществляется благодаря упругости пластины 34.

Во время движения широкий лист из ПТФЭ расплющивает воронкообразные впадины и другие неровности вещества, делает их более плоскими и обеспечивает получение тонкого и равномерного слоя по всей ширине диска, что способствует хорошей теплопередаче и эффективной сушке.

Со ссылкой на фиг.9-12 далее следует описание конструкции и работы средств скобления.

Эти средства содержат множество скребков, в данном примере в количестве четырех, обозначенных 41а, 41b, 41с, 41d. Скребки отделены друг от друга равномерными промежутками и расположены по линии, близкой к радиальному направлению, при этом первый скребок 41а находится в центральной зоне (рядом со ступицей 100), а последний скребок 41d - в периферийной зоне диска.

Каждый скребок выполнен на конце пластинчатой пружины 43, установленной на коромысле 40.

Коромысло выполнено в виде горизонтального углового рычага, свободный конец которого выходит за пределы центральной части диска и направляется при поступательном движении с возможностью незначительного углового отклонения при помощи детали 400.

Плечо противоположного конца 44 продолжено шатуном 45, который приводится в движение от эксцентричной шестерни 46b.

Эксцентричная шестерня находится в зацеплении с приводной шестерней 46а, установленной на ведущем валу 47.

Последний приводится в движение с постоянной и равномерной скоростью двигателем 48, упомянутым выше со ссылкой на фиг.2.

Каждый скребок прижимается к верхней стороне 10 диска своей пластинчатой пружиной 43.

Усилие пластинчатой пружины передается на скребок через шарик 430, приваренный к нижней части пружины.

В приведенном примере (фиг. 11, 12) скребок 41 снабжен двумя боковыми скребковыми пластинами 42.

Предпочтительно эти пластины выполнены из очень твердого металла с хорошим коэффициентом трения, например из карбида вольфрама.

Положение скребка по отношению к пластинчатой пружине 43 можно регулировать при помощи соединительного пальца 431, например с резьбой (на фиг.12 показана только его ось).

Благодаря такой конструкции, в которой шарик 430 выполняет роль шарового шарнира, скребковые пластины можно оптимально прижимать к поверхности диска, даже если на ней имеются дефекты плоскости.

Как показано на фиг.9, различные скребки расположены на линии, образующей угол относительно строго радиального направления диска.

Внешний скребок 41d находится ближе к периферии диска, чем предыдущий скребок 41с, и так далее до внутреннего скребка 41а.

Вследствие движения, создаваемого шатунно-кривошипной системой 41b/45, каждый скребок перемещается по закрытой овальной траектории, приблизительно эллиптической, показанной на фиг.9 тонкой линией. Различные траектории ta, tb, tc, td чешуеобразно перекрывают друг друга, таким образом скребки работают в виде каскада.

Таким образом, осадок, соскабливаемый первым скребком 41а по всей траектории своего движения, передвигается к следующему скребку 41b; последний перемещает к следующему скребку 41с соскобленный им осадок и осадок, передвинутый первым скребком, и так далее до последнего скребка 41d.

Последний выталкивает осадок за пределы диска в вертикальный коллектор 8 полуцилиндрического сечения, выполненный на краю диска напротив скребка 41d.

С каждым диском соединен такой набор скребков, последние из которых размещены напротив коллектора 8.

Весь осадок, снятый с различных дисков, сбрасывается в коллектор 8 и падает на его дно под силой тяжести.

Как показано на фиг.10, одна и та же шестерня 46b приводит в движение два коромысла, а именно коромысло 44, и коромысло 44' диска, расположенного выше.

Два шатуна, соответствующие коромыслам 44 и 44', шарнирно соединены в диаметрально противоположных точках на приводной шестерне 46b с возможностью правильной балансировки усилий на уровне ступиц шестерен 46а, 46b.

Такая же конструкция выполнена для всего множества дисков, то есть один приводной механизм соединен с парой узлов скобления.

На фиг.9 видно, что на коромысле 40, 44 установлены элементы 441, также в количестве четырех.

На них выполнены скребки, направленные вверх, которые могут иметь такую же конфигурацию, что и уже описанные скребки.

Они расположены немного ближе к центру, чем скребки 41.

Они предназначены для скобления нижней части расположенных над ними дисков, на которой тоже образуется отложение вещества вследствие значительного объема пены, выходящей из кожуха в начале цикла, при этом обильная пена может соприкасаться с нижней частью дисков.

Соскабливаемый этими скребками 441 осадок падает на диск и соединяется с осадком, сбрасываемым скребками 41 в коллектор 8.

Следует заметить, что на входе коллектора 8 выполнена скребковая пластина 80, прижимаемая к цилиндрическому ребру или кромке диска.

Этот осадок удаляется пластиной 80 и падает под силой тяжести в нижележащую дорожку 7.

Необходимо отметить, что отложения, образующиеся на нижней части и на ребрах дисков имеют химический состав, отличающийся от осадка базового вещества; пузырьки, приводящие к образованию этих отложений, не содержат отстоя; наоборот, в них присутствуют растворимые вещества, в частности хлористые соединения натрия и калия.

По мере накопления отложений их сушка становится невозможной; они остаются под дисками и на их ребрах во влажном состоянии, что может привести к быстрому поражению коррозией нержавеющей стали.

Вторичная очистка при помощи скребков 441 и 80 позволяет поддерживать слои хлористых соединений в сухом виде при очень незначительной толщине, следовательно, безвредных в плане коррозии.

На выходе из средств скобления 4 не весь осадок полностью удаляется. На диске остаются мелкие частицы осадка, обладающие более или менее высокой степенью прилипания, причем некоторые из них упали со скребков. Эти частицы необходимо удалить и сбросить в дорожку сбора 7.

В противном случае задняя часть пенообразующего кожуха уже через несколько часов работы будет полностью загрязнена.

Для решения этой проблемы машина снабжена средствами для удаления этих частиц, показанными на фиг.13 и 14.

Эти средства 5 содержат тонкий, твердый и упругий металлический лист 50.

Он представляет собой удлиненный металлический лист, согнутый поперечно примерно в виде U, открытая часть которого направлена в сторону начала движения и который расположен по существу параллельно линии скребков 41 сразу же после этой линии.

Нижняя ветвь 500 U-образного листа плотно прижата к стороне 10 и выполняет роль ножа, собирающего частицы по мере их появления.

Лист 50 выполняет также роль кожуха, в котором установлен шнек 51, приводимый в движение от концевой шестерни 53, входящей в зацепление с соответствующей ведущей шестерней, не показанной на фигуре. Своими концами шнек установлен в направляющих деталях, образующих опорные подшипники, выполненные заодно с кожухом 2 (соседним).

Шнек выполнен из нержавеющей стали и имеет очень гладкие стенки винта; направление его вращения позволяет перемещать за пределы дисков частицы, подрезанные ножом 500 и удерживаемые в кожухе 50.

В предпочтительном варианте используют два шнека 51 и 51', входящих друг в друга, как показано на фиг.13.

Перемещаемые этим устройством частицы удаляются за пределы диска и также падают под действием силы тяжести в кольцевую дорожку 7.

Как показано на фиг.15, коллектор 8 своим основанием соединен с круговым отверстием 81, выполненным в стенке дна этой дорожки.

Под этим отверстием 81 установлено устройство 9 для извлечения и уплотнения всего осадка, удаленного с дисков при помощи различных описанных выше средств.

На фиг. 15А показан вид сбоку одного из скребков 71, постоянно вращающегося в дорожке 7.

Он выполнен в виде упругой пластины, например из пружинной стали, верхняя часть которой выполнена заодно с монтажной деталью 710, закрепленной под приводным диском 72.

Пластина 71 наклонена вниз и в сторону начала движения, а ее свободный нижний конец загнут под прямым углом с возможностью соскабливания различных частиц р, находящихся на дорожке, и перемещать их до отверстия 81, через которое они попадают на вход устройства извлечения 9.

Вследствие того, что скребки 71 периодически проходят через коллектор 8, они загрязняются падающим в этот коллектор осадком, чем обусловлено наличие небольшой щетки для очистки 710, описанной выше со ссылкой на фиг.3.

Устройство извлечения и уплотнения 9 содержит пару ленточных конвейеров 90, 91.

Они представляют собой горизонтально расположенные конвейерные ленты. Нижний ленточный конвейер 90 длиннее ленточного конвейера 91, и часть его ветви, не перекрываемая конвейером 91, проходит под отверстием 81.

Ленточные конвейеры 90, 91 выполнены в виде металлических лент, приводимых в движение на выходе ведущими барабанами соответственно 900, 910; ведомые барабаны установлены на входе и обозначены соответственно 901, 911, направление их вращения соответственно обозначено стрелками m и n.

Эти ленты трутся по промежуточным нагревательным плитам 95 и 96 соответственно, способным выдерживать большие нагрузки от давления, с возможностью обеспечения уплотнения и извлечения собранного осадка и его дополнительной сушки.

Тяговые усилия, прикладываемые на каждую из лент, могут превышать 1000 даН. Поэтому металлические ленты содержат звенья, а барабаны 900 и 910 по периферии оборудованы зубьями 913, выполненными с возможностью зацепления с этими звеньями.

На ведущих барабанах 910, 900 установлены концевые шестерни 931 (см. фиг. 18 и 19), входящие друг с другом в зацепление для обеспечения синхронности и одинаковой скорости движения обоих ленточных конвейеров; конвейеры приводятся в движение при помощи двигателя-редуктора 94, на выходном валу 93 которого установлена приводная шестерня, соединенная с ведущими барабанами при помощи трансмиссионной цепи 930.

Оба ленточных конвейера могут быть параллельными друг другу, как показано на фигурах, либо слегка сходиться для уплотнения осадка на выходе.

После уплотнения осадок выходит в виде пирога через регулируемую фильеру 950, называемую ножевой фильерой.

Конвейерное устройство установлено в контейнере 97; герметичность ножевой фильеры по отношению к контейнеру обеспечивается прокладками 951.

Герметичность дегидратационного резервуара по отношению к испарительной камере обеспечивается самим осушенным осадком, так как он уплотняется в фильере в достаточной степени, чтобы обеспечить эту необходимую герметичность.

Следует отметить, что диаметр барабанов 910, 900, 911, 901, расстояние между двумя ленточными конвейерами, угол их наклона, их ширина и скорость движения зависят от природы и расхода обрабатываемого вещества.

Устройство извлечения предназначено для перемещения осадка, падающего через отверстие 81, для его уплотнения и удаления за пределы установки, при этом обеспечивая паронепроницаемость, так как испарительная камера, внутри которой температура доходит примерно до 102^oС, находится под повышенным давлением по отношению к атмосферному давлению; для сведения, значение этого повышенного давления может находиться в пределах от 50 до 100 Па.

Способ и установка, описанные выше, могут применяться для обработки навозной жижи, в частности, получаемой из свиноводческих ферм.

Кроме того, они могут быть адаптированы и для других случаев применения, для обработки различных веществ, например, грязи очистных станций и отходов предприятий агропромышленного комплекса.

Формула изобретения

1. Способ извлечения путем выпаривания твердого осадка, содержащегося в виде суспензии и/или раствора в текучем веществе, содержащем летучие компоненты, и, в частности, в водосодержащем веществе, включающий следующие этапы: а) обрабатываемое вещество (М) наносят в виде тонкого слоя на гладкую и горячую сторону (10) теплообменной стенки (1), нагреваемую до температуры, необходимой для быстрого испарения воды и/или других летучих компонентов, содержащихся в веществе, при этом горячая стенка (1) выполнена с возможностью перемещения по закрытой цикличной траектории, б) слой вещества (М) расплющивают на горячей стороне (10) для его выравнивания и обеспечения его размельчения и расстилания, в) в конце цикла путем скобления удаляют твердый и сухой осадок (2), образовавшийся на горячей стороне, отличающийся тем, что непосредственно перед нанесением вещества его подвергают значительному объемному расширению для придания ему консистенции пены и затем эту пену наносят в виде тонкого слоя на горячую сторону.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объемное расширение выполняют до степени от 20 до 100.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что удаляют частицы (р), остающиеся на горячей стороне после операции скобления, для предотвращения их попадания в зону нанесения пены.

4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что обрабатываемое вещество (М) является навозной жижей, в частности навозной жижей от свиней.

5. Установка для извлечения твердого осадка, содержащегося в виде суспензии и/или раствора в текучем веществе, содержащем летучие компоненты, и, в частности, в водосодержащем веществе, содержащая а) теплообменную стенку (1) с гладкой и горячей стороной (10), нагреваемой до температуры, необходимой для быстрого испарения воды и/или других летучих компонентов, содержащихся в веществе, при этом стенка выполнена с возможностью перемещения по закрытой цикличной траектории, б) средства (21, 2) подачи и нанесения обрабатываемого вещества на горячую стенку в виде тонкого слоя, в) средства расплющивания (3), выполненные с возможностью обеспечения размельчения и расстилания слоя вещества на горячей стенке (10), г) средства (4) скобления и удаления образовавшегося в конце цикла твердого осадка (r), отличающаяся тем, что средства подачи и нанесения (21,2) предназначены для обеспечения значительного объемного расширения вещества (М) и придания ему консистенции пены непосредственно перед ее нанесением и для нанесения этой пены на горячую сторону (10) в виде тонкого слоя.

6. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что горячая сторона (10) выполнена плоской и горизонтальной, а установка включает средства объемного расширения вещества, содержащие кожух (2), установленный над горячей стенкой, открытый одновременно снизу и сбоку в сторону направления перемещения подвижной стенки, и средства (21) подачи обрабатываемого вещества в кожух, при этом кожух ограничивает камеру расширения вещества, дно которой образовано горячей подвижной стороной (10).

7. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что вещество (М) подается в кожух (2) при помощи объемного насоса (213) через шнек, выполненный в виде щетки (217), установленной с возможностью вращения в питающем трубопроводе (218).

8. Установка по п. 6 или 7, отличающаяся тем, что кожух (2) содержит днище (20), нижняя сторона (2000) которого выполнена плоской и горизонтальной и расположена параллельно по отношению к горячей стороне (10), при этом это днище выполнено вертикально подвижным с возможностью его опускания и прижимания к горячей стороне (10) для ее очистки.

9. Установка по пп. 7 и 8, отличающаяся тем, что содержит средства (200, 201, 216, 214, 215; 28, 280) для обеспечения одновременной остановки насоса (213) и опускания днища (20) кожуха для его прижимания к горячей стороне цикличным образом, при этом поднятие днища (20) осуществляется после этого автоматически при помощи упругих средств возврата (25).

10. Установка по одному из пп. 6-9, отличающаяся тем, что кожух (2) имеет в вертикальной проекции расширяющийся профиль, открытая сторона (О) которого направлена в сторону движения (R) подвижной стенки (1), а вещество подается на входе кожуха в его узкую зону (29).

11. Установка по одному из пп. 5-10, отличающаяся тем, что средства расплющивания (3) содержат, по меньшей мере, один гибкий лист (32), прижимаемый к веществу (М) при помощи упругих средств, таких как пластинчатая пружина (3).

12. Установка по п. 11, отличающаяся тем, что гибкий лист (32) совершает колебательное возвратно-поступательное движение (d) слабой амплитуды.

13. Установка по п. 11 или 12, отличающаяся тем, что гибкий лист (32) выполнен из политетрафторэтилена.

14. Установка по одному из пп. 5-13, отличающаяся тем, что средства скобления (4) содержат набор скребков (41а, 41b, 41с, 41d), работающих каскадно и совершающих цикличное движение по существу эллиптической траектории (t_a, t_b, t_c, t_d).

15. Установка по одному из пп. 5-14, отличающаяся тем, что теплообменная стенка (1) является вращающимся диском с вертикальной осью (ZZ'), верхняя сторона (10) которого образует горячую сторону, а скребки (41) выполнены с возможностью постепенного перемещения осадка (r) за пределы диска и их сбрасывания в вертикальный коллектор (8).

16. Установка по п. 15, отличающаяся тем, что содержит дополнительный скребок (80), выполненный с возможностью скобления ребра (11) диска.

17. Установка по п. 15, отличающаяся тем, что содержит неподвижный щиток (12) дугообразной формы, расположенный на краю диска (1) непосредственно за средствами (2) нанесения вещества (М) на диск (1) и препятствующий вытеканию пены наружу.

18. Установка по п. 5 или 6, отличающаяся тем, что содержит средства (5) механического удаления частиц, оставшихся на горячей стороне (10), при этом эти средства находятся за средствами (4) скобления и удаления и перед средствами (2) нанесения.

19. Установка по п. 18, отличающаяся тем, что средства (5) удаления частиц содержат металлический лист (50) для сбора, соединенный, по меньшей мере, с одним отводным шнеком (51).

20. Установка по п. 15 или 18, отличающаяся тем, что средства (5) удаления частиц выполнены с возможностью их удаления за пределы диска (1).

21. Установка по п. 15, отличающаяся тем, что содержит множество одинаковых горизонтальных дисков (1), расположенных коаксиально и на некотором расстоянии друг от друга, вращающихся в виде блока вокруг вертикальной оси (XX'), и кольцевую нагреваемую дорожку сбора (7), выполненную в основании установки на одной линии с краем дисков (1).

22. Установка по п. 21, отличающаяся тем, что содержит множество скребков (71), вращающихся синхронно с множеством дисков внутри дорожки сбора (7) и выполненных с возможностью перемещения находящихся в ней частиц к отводному отверстию (81), выполненному в основании коллектора (8).

23. Установка по п. 21 или 22, отличающаяся тем, что содержит скребки (440, 441), выполненные с возможностью соскабливания отложений, прилипших к внутренней стороне (1') дисков, и их сбрасывания на верхнюю сторону (10) следующего нижнего диска (1) и/или в дорожку сбора (7).

24. Установка по одному из пп. 21-23, отличающаяся тем, что все диски (1) выполнены полыми и установлены на трубчатом валу (100), внутреннее пространство которого сообщается с внутренним пространством каждого диска (1), при этом эти пространства образуют конденсационную камеру, множество дисков установлено внутри испарительной камеры (6), причем установка содержит систему для отвода пара, получаемого в испарительной камере, для механического сжатия этого пара и для подачи сжатого пара в конденсационную камеру (6).

25. Установка по одному из пп. 5-24, отличающаяся тем, что содержит устройство (9) для извлечения и уплотнения всего осадка, выполненное в виде пары нагревательных ленточных конвейеров (90, 91).

26. Установка по одному из пп. 5-25, отличающаяся тем, что содержит средства (211, 212, 213) очистки горячей водой горячей стороны (10).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21