10.4. Сушилки с использованием электроэнергии, перегретого пара и жидкостей
Сушилки с использованием электроэнергии применяют для передачи энергии и прогрева материала инфракрасным излучением, токами высокой частоты и электромагнитным индукционным прогревом.
Рис. 10.3. Радиационно-конвективная сушилка
В качестве источников инфракрасного излучения используют различные излучатели: ламповые, стержневые, трубчатые, плоские. Так, зеркальные сушильные лампы (тип ЗС) мощностью 250 и 500 Вт и диаметром 180 мм, дают плотность потока энергии 0,2...2,0 Вт/см2 в зависимости от расстояния до изделия; они малоинерционны, что положительно сказывается при прерывистом нагреве материала. Эти лампы применяют в ленточных конвейерных радиационно-конвективных сушилках (рис. 55). Секции ламповых излучателей с помощью специальных подъемных приспособлений, позволяющих регулировать плотность лучистого потока изменением расстояния до материала, устанавливаются над лентой с изделиями. Лампы и материал обдуваются потоком воздуха, который охлаждает их и уносит испаренную влагу. Недостатками ламп являются их непрочность и невозможность установки под конвейером из-за возможности попадания на колбу лампы воды или кусков материала. Срок службы лампы до 2000 ч.
Стержневые излучатели изготавливаются из карбида кремния (карборундовые) и работают около 1000 ч при температуре 1150 °С. Плотность лучистого потока составляет 0,8...0,1 Вт/см2 на расстоянии до излучателя 0,1... 0,5 м. Повысить плотность потока в 2...3 раза позволяет установка параболического отражателя.
Металлический трубчатый излучатель (ТЭН) состоит из нихромовой спирали, помещенной в металлическую трубку, заполняемую затем кварцевым песком. Рабочие температуры 400...500 °С. Так как спираль нагревается без воздуха, то срок службы излучателя 5000 ч и выше. Подобные излучатели теплоинерционны, поэтому длительность разогрева составляет около 5 мин. Равномерное распределение лучистого потока возможно при установке отражателей.
Для создания равномерного лучистого потока при сушке плоских изделий изготавливают плоские металлические нагреватели-панели, выполняемые закладкой змеевиковых ТЭНов в керамическую (или чугунную) плиту или намоткой нихромовой проволоки диаметром 1.5...3 мм на плоский металлический лист, покрытый слоем асбеста. Затем поверх проволоки вновь укладывают слой асбеста и помещают нагреватель в металлический чехол Рабочая температура поверхности – около 400 °С. Плоские нагреватели эффективны при установке их между изделиями или ярусами сушильной установки, так как при этом используется вся энергия излучателя от обеих поверхностей излучателя.
В качестве излучателей применяют также коаксиальные нагреватели, изготовленные из двух труб разного диаметра, вставленных друг в друга и последовательно соединенных сваркой. Зазор между трубами устанавливается фиксирующими шайбами, а свободное пространство заполняют электроизолирующим составом. При прохождении тока по внешней и внутренним трубам, подключенным к источникам тока, создается коаксиальный эффект и выделяется большое количество теплоты. Коаксиальные излучатели нагреваются до температуры 300...400 °С. При использовании радиационно-конвективной схемы обогрева изделий создаются условия для равномерной и быстрой сушки материала, так как кроме лучистой теплоты процессы испарения влаги интенсифицируются и конвективными потоками газов.
Сушка с использованием токов высокой частоты основана на эффекте электрических потерь и выделении теплоты в материале-диэлектрике, помещенном между двумя электродными пластинками, по которым проходит переменный электрический ток высокой частоты. Особенностью этого способа прогрева является то, что выделение теплоты происходит равномерно во всем объеме материала. Так как поверхность материала теряет теплоту, то тепловые потоки, направленные из центра к поверхности, способствуют диффузии влаги.
Препятствием к широкому распространению этого способа сушки является его высокая стоимость и сложность в изготовлении и обслуживании оборудования (генераторов высокой частот).
При сушке в индукционных камерах используются вихревые токи, возникающие при прохождении тока по обмотке, выполненной вокруг металлического сердечника. Тоннельная камера, обшитая внутри металлическими листами, покрывается снаружи тепло- и электроизоляцией, а по ее периметру и длине наматывается обмотка из провода расчетного сечения. При прохождении тока вну1ренняя металлическая поверхность камеры нагревается, передавая теплоту материалу; влага удаляется вытяжным вентилятором. Из-за высоких расходов электроэнергии, необходимости устройства конденсаторных станций для улучшения параметров энергоснабжения этот способ широкого распространения не получил.
При сушке в среде перегретого пара материал испытывает меньшие деформации, чем при сушке воздухом, так как при этом способе значительно меньшие градиенты влагосодержания и нет необходимости в регулировании влагосодержания сушильного агента (температура мокрого термометра постоянна). Поскольку в среде перегретого пара повышается температура материала, резко интенсифицируется фазовое превращение, что обусловливает качественное изменение механизма переноса влаги внутри и на поверхности материала, длительность сушки сокращается (для древесины в 2,5...4 раза), а производительность сушильных установок повышается. При этом удельные капиталовложения для строительства установок снижаются почти в 2 раза, а эксплуатационные расходы уменьшаются на 35.. 40 % по сравнению с сушкой воздухом.
Сушку перегретым паром применяют для материалов, в которых кислород воздуха в сочетании с высокой температурой сушки может вызвать химические изменения (окисление). Это важно при сушке легкоокисляющихся, самовозгорающихся и взрывоопасных материалов. Так, торф при сушке воздухом воспламеняется при температуре около 170 °С, а в среде перегретого пара выдерживает до 500 °С.
Сушка методом сброса давления основана на максимальном использовании эффекта интенсивного молярного переноса пара. Материал прогревается в установке при повышенном давлении (0,8...2,5 МПа) за счет подачи пара из магистрали или нагрева пара, выделившегося из материала. При резком снижении давления во всей массе тела происходит бурное парообразование – вскипание влаги. Возникающий при этом градиент давления центр – поверхность позволяет материалу освободиться от влаги, находящейся в виде пара, и от большинства влаги в жидкой фазе.