Сушильные установки. Назначение и виды обезвоживания

При обезвоживании в материале могут происходит происходить структурно-механические, реалагоческие, биологические, биохимические процессы, способствующие повышению прочности материала (дерево, кирпич), увеличению теплоты сгорания (уголь, торф), уменьшению массы и объёма материала, удлинению сроков хранения.

Среди существующих методов выделяют физико-химический, механический и тепловой.

Физико-химический – удаление влаги путём соприкосновения материала с гигроскопическими веществами (хлористый кальций, селикогель). Этот метод используется в малогабаритных производствах или в лабораторных условиях.

Механический – процесс разделения системы жидкость - твёрдое тело происходит под действием механических сил (давление, гравитационные, центробежные).

Тепловой – удаление влаги с подводом теплоты.

Механическое обезвоживание – разделение гетерогенных систем или суспензий до влажности .

Для этого (для разделения суспензий) по способу создания и движущей силы процессы делят на 4 группы:

Отстойник.
Вакуум-фильтры (перепад давления от 0,02 до 0,07 МПа).
Отстойные или фильтрующие центрифуги (перепад давления от 0,1 до 0,3 МПа).
Фильтры, работающие под давлением до 1 МПа.

Сушка – совокупность тепловых и массообменных процессов, происходящих внутри влажного материала (внутренняя задача сушки) и за пределами поверхности (внешняя задача сушки). Знание свойств сушки материала позволяет выбрать рациональный метод и режим сушки.

Все сушильные материалы классифицируют:

Капиллярно-пористые;
Коллоидные;
Капиллярно-пористые коллоидные.

1-ая группа: при обезвоживании почти не изменяют свои размеры, при глубоком обезвоживании и механическом воздействии они могут быть превращены в дисперсные материалы (обожжённые керамические материалы, активированный уголь, песок).

2-ая группа: при изменении содержания в них влаги существенно изменяют геометрические размеры, сохраняя эластичные свойства (желатин, мучное тесто).

3-ья группа: эластичны, способны к набуханию при увлажнении и усыхании при обезвоживании. Большинство влажных материалов относятся к этой группе (торф, ткани, кожа, древесина).

Свойства влажных материалов, а также скорость процессов переноса в них зависят от форм связи влаги с материалом.

Согласно классификации, в основу положена энергия связи влаги с материалом, выделяют по порядку убывания энергии связи три формы: химическую, физико-химическую, физико-механическую.

Адсорбционная влага – это влага адсорбционного пара из окружающей поверхностью в порах, пустотах, капиллярах составляющих скелет вещества.

Осмотическая влага – это влага за счёт осмотического давления, вызывающая избирательную диффузию влаги из окружающей среды через полупроницаемую оболочку.

Микрокапилляры – в них длина свободного пробега молекул много меньше диаметра капилляра.

Существует 2 вида сушки:

Естественная – за счёт тепла естественного окружающего воздуха, требующая больших площадей, длительности времен и зависит от атмосферного воздействия и времени года.
Искусственная – происходит в специальных камерах с подачей в них сушильного агента, который забирает влагу из материала. В качестве сушильного агента используют воздух, смесь дымовых газов с воздухом, пар (в т.ч. перегретый) и минеральные масла.

В зависимости от способа подвода теплоты различают следующие сушильные установки:

Конвективные;
Кондуктивные;
Терморадиационные;
Электромагнитные;
Комбинированные.

Испарение влаги создаёт перепад влагосодержания между внутренними и поверхностными слоями, что вызывает непрерывное движение влаги в направлении поверхности.

Количество влаги можно определить из уравнения:

, ,

где – поверхность испарения; – время; – барометрическое давление в мм рт. ст.; – коэффициент испарения, зависящий от скорости воздуха; – давление насыщенного пара у поверхности материала; – парциальное давление паров в воздухе, которые омывают поверхность.