1.2 Застосування сушіння

Широко застосовується у виробництвах харчової, будівельної, шкіряної, легкої та інших галузях народного господарства, хіміко-лісового комплексу. Поліпшує якість матеріалів, підготовлює їх до переробки, використання, транспортування і зберігання.  Даний процес часто є останньою технологічною  операцією, що передує випуску готового продукту. [5]

Природну сушку на відкритому повітрі ,через значну тривалость часу використовують украй рідко. У хімічній промисловості застосовують, як правило, штучну сушку, що проводиться в спеціальних сушильних установках, до складу яких входять: сушильний апарат, або сушарка, де безпосередньо протікає процес; допоміжні  обладнання ,теплообмінні апарати (калорифери), тягодувні пристрій (вентилятор, повітродувки) і система пилеочістки , для нагрівання сушильного агента, пропускання його через сушилку і відділення від висушеного продукту.[6]

1.3 Статика сушки.

Під cтатикою сушки як правило розуміють, стан термо-динамичної рівноваги в системі вологе тіло - газ, а також матеріал і тепловий баланси сушарок в сталому режимі роботи. Дослідження рівноваги важливі для визначення форм зв'язку вологи з матеріалом і його внутрішньою  структурою, а також рушійної сили сушки. [5]

Форми зв'язку вологи з матеріалом в значній мірі визначають механізм та швидкість сушки: чим цей зв'язок міцніше, тим важче протікає процес. При сушінні зв'язок вологи з матеріалом порушується. [5,6]

Слід розрізняти форми зв'язку (у порядку зменшення її енергії):

• хімічну,

• фізико-хімічну,

• механічну.

Стосовно сушіння , вологу класифікують в більш широкому сенсі на : вільну (легко видаляється) і зв'язану (адсорбційну). [5]

2. Будова і характеристика сушильних апаратів

Типові конструкції сушильного обладнання, що випускається заводами хімічного машинобудування , можуть бути класифіковані за різними ознаками, в тому числі: по виду висушуваного матеріалу в його початковому стані (великогабаритні, дисперсні, пастоподібні, рідкі), по режиму роботи в часі ( періодичної або безперервної дії); по виду використовуваного теплоносія (гаряче повітря, топкові гази, перегрітий водяний пар); за способом підведення теплоти до висушуваного матеріалу. [1,3,6].

Крім типових вітчизняних сушарок експлуатується значна кількість сушильних апаратів індивідуальної конструкції, розроблених галузевими НДІ, вузами, самими підприємствами або іноземними фірмами. Тут розглянуті сушильні апарати, що класифікуються за способом підведення теплоти до висушуваного матеріалу.[3]

2.1 Конвективні сушарки

Це найбільш поширений тип сушильних апаратів, що використовуються для сушіння найрізноманітніших матеріалів в будь-якому вихідному стані. Як сушильний агента тут можуть бути використані гаряче повітря, топкові гази, рідше - перегрітий водяний пар.[3]

Камерні (поличні) сушарки представляють собою камеру, усередині якої матеріал залежно від його виду (великогабаритні, сипучі, пастоподібні,

рідкі матеріали) розташовується на полицях, сітках або на рухомих вагонетках.  Камерні сушарки універсальні, гранично прості, дозволяють легко організувати рециркуляцію сушильного агента або інший, більш складний,

індивідуальний режим сушіння конкретного матеріалу. Існує велика кількість схем і типів камерно-поличних сушарок, що відрізняються способами завантаження і вивантаження матеріалу і видом циркуляції сушильного агента.[5]

Основний недолік камерних сушарок полягає в періодичності їх роботи і, отже, в значній витраті теплоти на прогрів конструкції після кожного циклу завантаження-вивантаження матеріалу; в необхідності ручної праці; в нерівномірності висушування матеріалу на верхніх і нижніх полицях.[5] Як правило, камерні сушарки використовуються для періодичної сушки відносно невеликих кількостей матеріалів, що вимагають тривалого (до декількох годин і більше) висушування для досягнення низького залишкового (кінцевого) вологовмісту.[5,6]

Тунельні сушарки є камерні апарати протяжні (до 70 м), в яких проводиться безперервна сушка великогабаритних вологих матеріалів, що розташовуються на переміщаючихся уздовж апарату вагонетках  (Рис.1). Тунельні сушарки зазвичай вимагають проміжного підігріву сушильного агента. Тривалість сушіння в таких апаратах може досягати 200 годин Ці сушарки використовують для сушки цегли, керамічних виробів, пофарбованих і лакованих металевих поверхностей, хімічних продуктів та ін..[6] У стрічкових сушарках є одна або декілька розташованих один під одним транспортуючих стрічок, на яких висушують (зазвичай дисперсний, сипучий) матеріал розташований невисоким шаром. З верхнього траспортера сипкий матеріал самостійно пересипається на нижній. Транспортуючі стрічки можуть бути перфорованими, і тоді сушильний агент може фільтруватися поперечно рухомого шару дисперсного матеріалу. У стрічкових сушарках легко організовуються прямоток, протитечія (при зовнішньому охолодженні шару

матеріалу), поперечний струм або будь-яка змішана схема відносного руху сушильного агента і матеріалу.При цьому досягається рівномірне висушування всього матеріалу, чому сприяє перемішування дисперсного матеріалу при його пересипанні з верхньої стрічки на нижню. При необхідності легко організувати багатозонний сушку.[1,3]

Для сушіння пастоподібних, формами матеріалів застосовуються вальцеві стрічкові сушарки, в яких стрічковій сушарці передують формуючі підсушуючі вальці. Вальці своєю рифленою зовнішньою поверхнею формують пасту у вигляді стерженьков зазвичай трапецеідального перетину, які за допомогою гребінки відокремлюються від вальця і ​​безперервно накидаються на рухому стрічку. Зсередини вальці підігріваються насиченим водяною парою, що забезпечує попереднє підсушування пасти і сприяє її формуванню і відокремленню від зовнішньої поверхні вальців.[3]

Основним недоліком сушарок стрічкового типу є відносна громіздкість і невисока продуктивність, віднесена до одиниці об'єму апарата.

Барабанні сушарки, які застосовуються для безперервного сушіння сипучих матеріалів, являють собою обертовий циліндричний барабан (діаметром до 5 м і довжиною до 40 м), встановлений з невеликим (2-7 °) нахилом до горизонту. Барабан повільно (5-8 хв-1) обертається, що сприяє подовжньому і поперечному перемішуванню сипучого матеріалу, що заповнює внутрішній об'єм барабана зазвичай на 10-30%. Лопасті на внутрішній поверхні барабана і елементи насадки у всьому його обсязі збільшують час падіння частинок матеріалу і покращують умови обтікання кожної частки потоком сушильного агента.[6]

При сушінні матеріалів, що володіють адгезією до сталевого барабану, на початковій ділянці руху вологого матеріалу всередині барабана розміщуються вільно переконуючі металеві ланцюги, які руйнують грудки вологого матеріалу і очищають внутрішню поверхню барабанної сушарки.[5,4]

Барабанні сушарки надійні в роботі, забезпечують глибоке висушування сипучих і малокомкуючих матеріалів при їх прямоточному або протиточному русі з топковим газами (або з гарячим повітрям), але й володіють підвищеною металомісткістю і громіздкістю шестеренчатого

що забезпечує обертання барабана.[4]

Шахтні сушарки представляють собою вертикальну колону, в якій вологий дисперсний матеріал під дією сили тяжіння безперервно опускається в нижню частину апарата, звідки і вивантажується за допомогою живильника, що забезпечує необхідну швидкість низхідного руху матеріалу в апараті. Через рухомий щільний шар матеріалу безперервно фільтрується сушильний агент, напрямок руху якого може бути різним: перехресним, протитечійним, прямоточним або комбінованим.  Шахтні сушарки використовуються для крупнодисперсних, дрібнопористих матеріалів типу дробленого вугілля, повільно віддають вологу і тому вимагають значного часу сушіння. До недоліків шахтних сушарок відноситься не надто висока інтенсивність зниження вологи і нерівномірність висушування дисперсного матеріалу, пов'язана з можливим утворенням в рухомому шарі застійних зон.[6]

У вертикальних пневматичних сушарках (трубах-сушарках) висушуються дрібнодисперсні матеріали, які порівняно легко віддають вологу за малий час перебування частинок в робочому обсязі труби. 

Для збільшення часу перебування частинок на трубах-сушарках можуть встановлюватися розширювальні ділянки або всередині труби розміщуються гальмуючі частки вставки. [5]

В інших випадках використовується послідовне по потоку матеріалу з'єднання двох або більше вертикальних труб-сушарок, які розташовуються паралельно, що одночасно збільшує число розгінних ділянок інтенсивного зовнішнього тепломасообміну прискорюваних частинок з потоком сушильного агента. [1]

Мала кількість висушуваного матеріалу, одноразово знаходиться в робочому обсязі апарату пневматичних сушарок, дозволяє відносно безпечно використовувати їх для сушіння вибухових і пожежонебезпечних матеріалів. 

Проста конструкція труб-сушарок дозволяє створювати значну різноманітність їх варіантів. Основні недоліки пневматичних сушарок - це

підвищені витрати сушильного агента і теплоти, ерозійний знос внутрішніх поверхонь при сушінні твердих матеріалів і велике навантаження на циклон через необхідність вивантаження висушуваного матеріалу через циклон.[3]

Сушарки з псевдозрідженим шаром дисперсного матеріалу дозволяють утримувати висушуючи продукти в зоні їх сушіння як завгодно довго і, отже, забезпечувати низьке значення середнього вологовмісту вивантажуваного з апарату дисперсного матеріалу. У таких сушарках можна висушувати крупнодисперсні матеріали з розмірами часток до 7-10 мм. Ще одна позитивна властивість сушарок з ПС пов'язано з інтенсивним перемішуванням дисперсного матеріалу в робочому обсязі апарата, що дозволяє використовувати високі початкові температури сушильного агента (в деяких випадках до 1000 ° С) без небезпеки перегріву висушуваного продукту.[1] Конструкції апаратів з ПС дуже різні, як різні і умови сушіння конкретних матеріалів і окремі елементи установок. Так, наприклад, існують численні конструкції газорозподільних пристроїв, що дозволяють ліквідувати небажані застійні зони матеріалу на поверхні гарячої решітки. [1,6]

Основні недоліки сушарок з ПС дисперсного ма ПС, що п теріалу пов'язані з малою внутрішньої гідродинамічної стійкістю самого ПС недостатньо хорошій експлуатації апарата може призводити до утворення великих зон злежування матеріалу і припинення процесу безперервної роботи установки; крім того, інтенсивне перемішування матеріалу в ПС призводить до нерівномірної ступеня висушування вивантажуваного з апарату дисперсного матеріалу, його значного стирання і виносу пилу.[5]

Сушильні апарати з ПС можуть використовуватися в комбінації з іншими апаратами.При цьому для видалення початкової, легко віддається матеріалом вологи може використовуватися апарат з найбільш інтенсивним режимом обтікання часток, а на другому ступені залишкову вологу видаляють в апараті ПС, де забезпечується необхідний час досушування матеріалу .[5]

Конструкції апаратів для пастоподібних і рідких продуктів на власних гранулах або на частинках інертного матеріалу аналогічні апаратам для сушіння дисперсних матеріалів. Відмінність тут лише в розвантаженні частини або всього продукту (при сушінні на інертних частках) з потоком сушильного агента через циклони і фільтри. Як інертних часток діаметром кілька міліметрів і більше використовуються легкі кускові матеріали, наприклад річковий пісок, гравій, фторопластова крихта, порожнисті металеві кульки та інші.[5,6]

Розпилювальні сушарки, призначені для висушування рідких матеріалів (розчинів, суспензій, рідких паст) до стану сипучого дрібнодисперсного порошку. Вони є вертикальними камери зазвичай круглого перетину.  Вологий матеріал розпилюють механічними, пневматичними або дисковими розпилювачами у верхній частині камери, і дрібні краплі (зазвичай середнім розміром 20-40 мм) падають вниз, контактуючи своєю розвиненою поверхнею з сушильним агентом, що подається прямо-або протитечією по відношенню до низхідного руху крапель матеріалу. Висушений до стану сухого порошку продукт виявляється на нижньому, конічному днище апарату і повільно обертаються скребками безперервно вивантажується з апарату через центральний патрубок.[3,6]

Розпилювальні сушарки відносно стійкі в роботі (при відсутності засмічення механічних або пневматичних форсунок) і дозволяють отримувати висушувані матеріали у вигляді однорідного порошку. Недоліки таких сушарок - у підвищених витратах сушильного агента та енергії, як на нагрівання сушильного агента, так і на розпорошення вихідного рідкого продукту. Габарити розпилювальних сушарок досягають десяти і більше метрів [6].

Петльові сушарки призначені для сушіння пастоподібних матеріалів,

які підігріваються зсередини валків попередньо запресовуються в сітчасту транспортуючу стрічку і утримуються на її вертикальних ділянках силами

адгезії. Для збільшення часу перебування (сушки) вологого матеріалу в обсязі сушильної камери гнучка стрічка з вологим матеріалом утворює в камері вертикальні петлі.[4]

Вологий матеріал в осередках стрічки з двох сторін (у напрямку вздовж шару матеріалу і впоперек стрічки) обдувається сушильним агентом. Товщина шару матеріалу, що дорівнює товщині комірчастої стрічки зазвичай не перевищує 20 мм, що при двосторонньому охолодженні матеріалу забезпечує об'ємну вологоємність, що перевищує влагоємність камерних сушарок, в яких розміщується в плоских кюветах пастоподібний матеріал контактує з сушильним агентом тільки із зовнішнього боку. Витяг висушеного матеріалу з комірчастою стрічки проводиться за допомогою ударного пристрою. Розкришений сухий матеріал потрапляє в приймальний бункер і виводиться з нього за допомогою шнекового пристрою.[4]

Петльові сушарки надійні в роботі, але мають відносно високі витрати сушильного агента і теплоти і громіздкі допоміжні пристрої (обігріваючі зсередини валки, привід стрічкового транспортера, ударний пристрій і шнек для вивантаження сухого матеріалу).[5]