
- •«Омский государственный технический университет»
- •В.С. Калекин
- •Процессы и аппараты химической технологии.
- •Массообменные и механические процессы
- •Учебное пособие
- •Введение
- •1. Основы массопередачи
- •1.1. Общие сведения о массообменных процессах
- •1.2. Основное уравнение массопередачи
- •1.3. Материальный баланс массообменных процессов
- •1.4. Движущая сила массообменных процессов
- •1.5. Модифицированные уравнения массопередачи
- •1.6. Основные законы массопередачи
- •1.7. Подобие процессов переноса массы
- •1.8. Связь коэффициентов массопередачи и массоотдачи
- •1.9. Массопередача с твердой фазой
- •2. Абсорбция
- •2.1. Равновесие при абсорбции
- •2.2. Материальный, тепловой балансы и кинетические закономерности абсорбции
- •2.3. Cхемы абсорбционных процессов
- •2.4. Конструкции колонных абсорбционных аппаратов
- •2.5. Десорбция
- •3. Перегонка жидкостей
- •3.1. Общие сведения
- •3.2. Идеальные и неидеальные смеси
- •3.3. Простая перегонка
- •3.4. Ректификация
- •3.5. Непрерывно и периодически действующие ректификационные установки
- •3.6. Ректификация многокомпонентных смесей
- •3.7. Тепловой баланс процесса ректификации
- •3.8. Специальные виды перегонки
- •3.9. Устройство ректификационных аппаратов
- •4. Экстракция
- •4.1. Равновесие при экстракции
- •4.2. Материальный баланс экстракции
- •4.3. Принципиальные схемы процесса экстракции
- •4.4. Конструкции экстракторов
- •5. Адсорбция
- •5.1. Равновесие в процессах адсорбции
- •5.2. Промышленные адсорбенты
- •5.3. Конструкции адсорбционных аппаратов
- •6. Сушка
- •6.1. Равновесие в процессах сушки
- •6.2. Конструкции сушилок
- •Баланс влаги в конвективной сушилке
- •Тепловой баланс конвективной сушильной установки
- •7. Кристаллизация и растворение
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Равновесие при кристаллизации
- •7.3. Кинетика процесса кристаллизации
- •7.4. Факторы, влияющие на процесс кристаллизации
- •7.5. Материальный и тепловой балансы кристаллизации
- •7.6. Кристаллизаторы
- •8. Процессы мембранного разделения смесей
- •8.1. Сущность процесса мембранного разделения смесей
- •8.2. Мембраны
- •8.3. Кинетика процессов мембранного разделения смесей
- •8.4. Влияние различных факторов на мембранное разделение
- •8.5. Мембранные аппараты
- •9. Механические процессы
- •9.1. Измельчение твердых материалов
- •9.2. Физико-механические основы измельчения
- •9.3. Размольно-дробильные машины
- •9.4. Классификация и сортировка материалов
- •Библиографический список
- •Содержание
- •8.4. Влияние различных факторов на мембранное разделение 157
- •8.5. Мембранные аппараты 160
6. Сушка
Сушка – это процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалу тепла. Этим сушка отличается от других методов удаления влаги, например, путем поглощения ее химическими реагентами или механического отделения. Цель сушки – улучшение качества материала (снижение его объемной массы, повышение прочности) и в этой связи увеличение возможностей его использования. Например, твердое топливо подсушивают для повышения теплоты сгорания, улучшения процесса горения, древесину – для увеличения прочности, предохранения от гниения и плесени, другие изделия – для облегчения обработки, увеличения долговечности, предотвращения усадки (сжатия), искривления и растрескивания.
В некоторых случаях перед сушкой материалов целесообразно предварительное обезвоживание их механическим или физико-химическим способом. Механическое обезвоживание (отжим, фильтрование) может широко применяться в тех или иных технологических процессах в зависимости от структуры материала и включать в технологическую схему специальные аппараты – прессы, центрифуги, вакуум-фильтры.
Механическое обезвоживание материалов более экономично, чем тепловая сушка, однако оно применимо только для материалов, допускающих деформацию. При этом одно механическое обезвоживание материала в большинстве случаев является недостаточным, т. к. оно обеспечивает только частичное удаление свободной влаги (до 40–60 %). Поэтому часто комбинируют различные способы удаления влаги. В химической промышленности, например, после выпаривания применяют сушку, достоинством которой является возможность получения материала с любой конечной влажностью.
В химической и нефтехимической промышленности, где технологические процессы протекают, в основном, в жидкой фазе, конечные продукты имеют вид паст, зерен, крошки или пыли. Все это обуславливает выбор соответствующих методов сушки.
Сушку материалов можно производить естественным и искусственным путями. Естественная сушка производится за счет тепла наружного воздуха. Это и является основным недостатком естественной сушки в сравнении с искусственной, так как появляется зависимость продолжительности процесса от времени года. При естественной сушке материал высушивается до влажности, близкой к равновесной, соответствующей параметрам окружающего воздуха, которая в большинстве случаев является недостаточной для последующей технологической обработки материалов. Несмотря на кажущуюся простоту и относительную дешевизну, естественная сушка в химических и нефтехимических производствах не применяется.
Искусственная сушка материалов производится в специальных устройствах – сушилках, в которых сушильный агент, поглотивший пары влаги, отводится искусственным способом: при помощи вентиляторов, инжекторов, вытяжных труб и других устройств.
Механизм сушки влажных материалов определяется, в основном, формой связи влаги с материалом и способом сушки. В основу классификации формы связи влаги с материалами принята схема, предложенная П.А. Ребиндером. Согласно этой схеме различают химическую, физико-химическую и механическую связи влаги с материалами. Физико-химическая связь, в свою очередь, подразделяется на адсорбционную и осмотическую, к которой также относят и структурную влагу. Механическая связь может быть подразделена на связь в макрокапиллярах и микрокапиллярах.
При сушке удаляется физико-химически- и механически-связанная влага. Химически связанная влага обычно не удаляется, так как это могло бы привести к разрушению материала. Задачей сушки в большинстве случаев является удаление влаги с сохранением всех ценных физико-химических свойств и качеств материала.
Наиболее распространены в химической технологии конвективный и контактный методы сушки. При конвективной сушке тепло передается от теплоносителя к поверхности высушиваемого материала. Теплоносители – воздух, инертные или дымовые газы. При контактной сушке тепло передается через обогревательную перегородку, соприкасающуюся с материалом. Несколько реже применяют радиационную сушку (инфракрасными лучами) и сушку электрическим током (высокой или промышленной частоты). Сублимационная сушка в химической технологии практически не получила распространение.
В технике и химической технологии сушку осуществляют двумя основными способами:
– нагреванием влажных материалов путем непосредственного контакта с газовым теплоносителем (воздух, топочные газы и др.) – газовая или конвективная сушка (рис. 6.1, а);
– нагреванием влажных материалов через твердую перегородку – контактная сушка (рис. 6.1, б).
Рис. 6.1. Принципиальные схемы сушки:
а) конвективная; б) контактная; 1 – вентилятор; 2 – калорифер;
3 – сушильная камера