5.3.2.Устройство сушилок

Классификация сушилок. Основой классификации сушилок яв­ляется их разделение по конструктивным признакам на барабан­ныe, коридорные (туннельные), ленточные, шахтные, распыли­тельные, камерные и др. Почти каждая из них может быть изготов­лена в различных вариантах, определяемых: технологической схе­мой (противоточные, поточные и с перекрестными токами); устройством циркуляции сушильного агента (естественной или ис­кусственной); организацией сушильного процесса (нормальный, с подогревом внутри камеры сушки, с промежуточным подогревом, с возвратом отработавшего воздуха и др.); давлением в сушильной камере (атмосферные, вакуумные, глубоковакуумные); родом сушильного агента (воздух, топочные газы, перегретый пар); агрегат­ным состоянием высушиваемого продукта (твердое, жидкое, пасто­образное, пенообразное); способом подвода теплоты (кондуктив­ные, радиационные, конвективные, высокочастотные); режимом работы (периодического действия или непрерывные).

Барабанные сушилки. Они обеспечивают сушку во вращающих­

ся барабанах

Барабан - это цилиндрический сосуд диаметром 1,2...2,8 м (при отношении длины к диаметру 3,5...7), вращающийся на кат­ках с частотой 1...8 об/мин и получающий вращение от приводной станции. К одному из открытых торцов барабана пристыкована печь, снабжающая его горячими топочными газами ,и подогретым воздухом; тут же находится устройство загрузки барабана сырь­ем - высушиваемым продуктом (жом, мезга, сахар-песок, пшени­ца, уголь и др.). Высушенный материал отводится через второй то­рец выгрузным шнеком или отсасывается с помощью циклона, от­деляющего легкий высушенный продукт от сушильного агента. При вращении барабана продукт перемешивается в нем и передвигается к выходу специальной подъемно-лопастной насадкой.

Температура топочных газов зависит от влажности высушиваемо­го материала. Нагрузка барабана оценивается. коэффициентом на­пряжения барабана по Благе [кг/(ч. м )]

,

где m - производительность по испаряемой влаге кг/ч; V - объем барабана, м .

Значения коэффициента К приведены в таблице.

Эксплуатационные показатели барабанных сушилок

Материал	Влажность материала, %	Температура воздуха, %	К,
	н ачальная конечная	н ачальная конечная
Жом: свекловичный из растит-го сырья Мезга кукурузная Сахар-песок Пшеница Уголь	84 12 84 12 68 12 3 0 20 14 9 0,6	750  150…125 400  100 300  100 100 40 150...200 50…80 800…1000 60	185 100 40…50 8…9 20…30 32…40

Барабанная сушильная установка (рис. 36.2) состоит из двух секций: сушильной 5 и охладительной 16. Барабан наклонен под углом 2 18' к горизонту в сторону перемещения высушиваемого продукта и опирается бандажами 6 на две пары роликов З. Привод корпуса осуществляется от привода 4 через венечную шестер­ню 18. Корпус аппарата вращается с частотой 1...8 об/мин.

Через ротационный питатель 20 продукт поступает в непод­вижную головку 19 и затем - в корпус аппарата, в котором рас­положена распределительная насадка 15. Высушенный и охлаж­дeнный продукт удаляется из аппарата через ротационный зат­вор 8. В сушильной части барабана воздух, подогретый в кало­рифере 2, движется прямоточно продукту, а охлажденный воздух - противоточно. Холодный воздух поступает из помеще­ния по патрубку 14, и в него по трубе 12 добавляется часть на­pyжнoгo воздуха. Количество воздуха, поступающего в сушилку, регулируется шиберами 13.

Отработавшие холодный и подогретый воздух удаляются вентилятopoм через патрубок 17 в циклон и затем - в атмосферу. Патрубок 17 присоединен к неподвижному кожуху, который ох­ватывает корпус аппарата. На корпусе предусмотрены отверстия для выхода из сушилки отработавшего воздуха. Чтобы продукт не попадал в отверстия, над ними установлены жалюзи, лопасти ко­торых перекрываются и ориентированы наружным концом по направлению вращения барабана. Таким образом, продукт в мес­тах отбора воздуха из барабана беспрепятственно перемещается вдоль оси.

Основные эксплуатационные показатели барабанных сушилок даны в таблице 36.1.

Туннельные (коридорные) сушилки. Они представляют собой длинные камеры (рис. 36.3, 36.4), внутри которых периодичес­ки передвигаются тележки (вагонетки) с сетчатыми поддонами. На поддонах высушивается продукт (овощи, сухари, фрукты, мармелад, пастила, макароны, керамические материалы, древе­сина и т. п.).

Тележки с сетчатыми поддонами периодически закатывают в туннель (коридор), в котором организованы подогрев и движение воздуха в направлении, поперечном движению тележек. Возможна организация как поточного, так и противоточного периодическо­го движения тележек.

Для картофеля, нарезанного столбиками или кружками, на­грузка на единицу площади сита составляет К= 7...8,5 кг/(ч ..м ). Длинные туннели (коридоры) туннельных сушилок могут «скла­дываться» гармошкой, образуя несколько параллельных путей. Вагонетки с высушиваемым продуктом способны двигаться в этих коридорах, образуя встречные и попутные потоки.

На рисунке 36.5 показана конструкция противоточной сyшил­ки туннельного типа, состоящей из горизонтальных камер, распо­ложенных по 8...10 шт. в блоке.

Над камерами установлен подогреватель (калорифер) 4, состо­ящий из тонкостенных ребристых труб, в которые подводится пари из которых отводится конденсат. Каждая камера сушки имеет вентилятор 3 для циркуляции воздуха. Для частичной замены цир­кулирующего воздуха к всасывающему воздуховоду каждого вен­тилятора подведена вытяжная труба 5. По торцам камер для пода­чи и удаления вагонеток проложены лафетные дорожки 1 и 10. Каждый туннель имеет цепной толкатель 6. Толкатели всех тунне­лей могут работать от общего привода. При закатывании в сушил­ку очередной вагонетки с сырым продуктом вся цепь вагонеток передвигается на расстояние, равное ее длине, и одна вагонетка с высушенным продуктом выталкивается из сушилки.

Вентилятор отбирает воздух из сушилки у второй вагонетки, загруженной сырым продуктом, просасывает его через калорифер и возвращает нагретый воздух в сушилку в месте расположения предпоследней вагонетки. Таким образом, в сушилке достигается противоточное перемещение продукта и теплого воздуха.

При начальной влажности сырого продукта около 2 % и макси­мальной температуре воздуха 85 ос длительность сушки составляет 7...8 ч. Превышение температурой греющего воздуха значения85 ос недопустимо по технологическим соображениям.

Применяют также туннельные сушилки с поперечной цирку­ляцией воздуха. В них совмещены сушильная и охладительная ча­сти установки. При сушке продукта с большой начальной влажно­стью нагревание при атмосферном давлении чередуется с испаре­нием влаги в вакууме. В таких сушильных установках для сушки продукта при меняют подогреватели и вакуум - камеры. Подогреватeли изготовляют из кирпича, железобетона или шлакобетона и покрывают изоляцией. В вакуум-камерах, изготовленных из лис­товой стали, при помощи конденсатора создается разрежение по­рядка 9,4...9,5 кПа (71...72 мм рт. ст). Вмещают они такое же число вагонеток, как и подогреватели.

Ленточные сушилки. Такие сушилки (рис. 36.6) применяют для сушки овощей.

Продукт подается на ленты, изготовленные из сетчатого мате­риала (ткань, сетка), между рабочей и холостой ветвями ленты располагаются подогреватели. Скорость движения ленты 0,1...0,7 м/мин варьируется редуктором-вариатором.

Шахтные сушилки. Их применяют для сушки зерна, жома, ово­щей, угля, глины и др. Материал в таких сушилках движется под действием силы тяжести; его движение замедляется перегородка­ми и полками.

В шахтной сушилке для свекловичного жома (рис. 36.7) сырой жом проходит через ряд решетчатых полок с центральными отверстиями.

Рис.36.7. Схема шахтной сушилки для свекловичного Жома:

l – вертикальный ковшовый транспортер (нория); 1 – фильтр; 3 – скребки; 4 – корпус; 5 - печь

На вертикальном валу сушилки установлены конусы и скребки, подгребающие матери­ал, падающий с конусов, к цен­тральным отверстиям решеток. Топочные газы подаются в ка­меру через газоход и отсасыва­ютcя вентилятором.

Конструктивное устройство сушилок подобного типа можно понять из рисунка 36.8, на кото­ром изображена шахтно-сту­пенчатая сушилка с турбовенти­лятором. Она имеет кожух 16, который прикрепляется к стойке 15 каркаса. Кожух сверху и снизу закрывается днищами 2 и 10. В центральной части су­шилки на валу 9 закреплены ко­леса 6 турбовентилятора, кото­рый вращается с частотой 80 об/мин в направлении, противопо­ложном по отношению к вращению дисков. Вращение турбовен­тилятора осуществляется от электродвигателя 11 через клиноременную передачу 12 и редуктор 13. На внутренней карусе­ли 3 закреплены диски 5, состоящие из отдельных элементов 27. Карусель приводится во вращательное движение от электродвига­теля 29 через вариатор 30, цепную передачу 31, редуктор 32, ци­линдрическую шестерню 33 и венечную шестерню 14 с внутрен­ним зацеплением. Частота вращения карусели регулируется в пре­делах от 0,5 до 1,2 мин .

Для подогрева циркулирующего в сушилке воздуха установлена батарея из семнадцати греющих элементов 4, подвешенных к каркасу верхнего днища. Элементы состоят из горизонтальных верхних и нижних 7 трубчатых коллекторов, к которым прива­рены вертикальные цельнотянутые стальные трубы диаметром 52/57 мм. Пар в греющие элементы поступает из кольцеобразной трубы 1 через трубу 21, а конденсат отводится из нижнего коллек­тора по кольцевой трубе 17. На каркасе карусели по высоте устанoвлeнo 36 кольцеобразных дисков, состоящих каждый из 36 трапецеидальных секторных элементов 27. Между смежными секто­рами имеются щели 28, по которым сахар пересыпается на ниж­ниe диски. Верхние диски по отношению к нижележащим смещены на половину ширины сектора. Расстояние между диска­ми по высоте карусели составляет 190 мм. Над каждым диском ус­тановлен неподвижный выравнивающий скребок 24 с треугольны­ми зубцами. Скребками регулируется толщина высушиваемого слоя продукта на секторах дисков. Сбрасывающий скребок 25 направляет продукт из отдельных секторов на секторы нижнего дис­ка. Положение скребков поворотом их осей в установочной втулке. Гребенчатые выравнивающие скребки образуют желобки в слое продукта и тем самым увеличивают поверхность контакта с воз­духом. Слой продукта на элементах диска достигает толщины 0 мм. 8а секторы верхнего диска ЧН поступает через лоток 20. Отработавший подогретый воздух удаляется из сушилки по тру­бе 26. Холодный воздух подводится через патрубок 18 в нижнюю часть сушилки.

Подсушенный продукт из предварительной сушилки поступает на секторы верхнего диска, распределяется по поверхности секто­ров выравнивающим скребком и находится на секторах в течение полного оборота сушилки. Затем сбрасывающим скребком он на­правляется через щели между секторными элементами на нижеле­жащие диски. Таким образом, в процессе нормальной работы су­шилки на всех дисках находится слой продукта определенной тол­щины, а на верхний диск непрерывно поступает влажный про­дукт. Высушенный и охлажденный продукт с нижнего диска скребком направляется на ленточный транспортер, который пода­ет его в силосы для хранения.

Распылительные сушилки. Их применяют для сушки жидких продуктов (молока, яиц, барды, желатина и др.). Сушилка (рис. 36.9) имеет вид башни больших размеров (диаметр 2...5 м, высота 3...5 м).

Скорость движения сушильного агента в башне 0,2...0,4 м/с. Вы­сушиваемый материал распыляется в верхней части башни. Распы­лeниe должно быть достаточ­но мелким (диаметр капель 10...100 мкм), что обеспечи­вает значительную поверх­ность контакта продукта с су­шильным агентом. В резуль­тате массовая скорость сушки оказывается большой.

Рис. 36.9. Схема распылительной сушилки:

1- скребок с приводом; 2 - распыли­тельный диск;

3 - камера сушки; 4 ­ленточный фильтр; 5 – разгрузочный шнек

Рис. 36.10. Конструкция распылитель­ной

сушилки: 1- сушильная камера; 2 – рукавные фильтры;

3 - диск-распылиrель; 4 - элек­тродвигатель с мульти-

пликатором; 5 - ме­ханизм встряхивания рукавных фильтров;

6 - вентилятор; 7 - разгрузочный шнeк; 8 - скребки; 9 - привод

скребков и шнека

Высушенный материал падает на дно камеры и скребками сдви­гается к отводящему шнеку; частицы материала, уносимымые сушильным агентом, задержи­ваются матерчатыми фильтра­ми. Нагрузка сушилок находит­ся в пределах 2,0...2,5 кг/(ч. м ). Конструкция распьшительной сушилки ясна из рисун­ка 36.10.

Кондуктивные сушилки. Они. передают теплоту высу­шиваемому материалу при его непосредственном контакте с поверх­нocтью нагрева. На рисунке 36.11 показана схема двухвальцовой ба­рабанной кондуктивной сушилки для жидких коллоидных растворов и суспензий, тягучих вязких жидкостей и пастообразных материалов, кормовых дрожжей. В два полых барабана сушилки через цапфы по­дается греющий пар или другой теплоноситель. Нагрузка при суш­ке вареного картофеля К= 75 кг/(ч. м ) при давлении пара 0,3...0,5 МПа. Во время сушки дрожжей при р = 0,3...0,4 МПа на протяженность К=35кг/(ч ), а при р = 0,1...0,2 МПа

К= 18кг/( ч ).

Вакуумные кондуктивные сушилки. В таких сушилках выше про­изводительность процесса и ниже температура сушки. Их приме­няют для сушки пекарских дрожжей, крахмала, фруктов и рафи­нада. Сушилка (рис. 36.12) состоит из сушильной камеры, конден­сатора влаги и вакуум-насоса, удаляющего воздух, попавший в су­шилку через неплотности.

Сушка в вакууме обычно идет в два этапа. На первом этапе уда­ляется свободная влага; при этом в порах таких материалов, как картофель, кипит вода.

Рис.36.11.Схема Двухвальцовой бара­ -

банной кондуктивной сушилки:

1- корпус; 2 - нож; 3 - шнек; 4 - валок

Рис. 36.12. Схема вакуумной кондук­ -

тивной сушилки: 1 - обогреваемые поддоны

с продуктом; 2 -конденсатор

Во втором периоде, когда температура материала резко повышается, приближаясь к температуре горячих поверх­ностей сушилки, удаляется связанная влага.

На рисунке 36.13 дана схе­ма непрерывно действующей одновальцовой вакуумной су­шилки для жидких и пасто­образных материалов.

Сушка в глубоком вакууме протекает при давлении 13,3...133 Па (0,1...1 мм рт. ст) и температуре около 15 С. При таком давлении длина свободного пробега молекул равна характерному размеру су­шильной камеры или больше него. Поэтому молекулы, покидаю­щие материал, сразу же без всяких препятствий (без соударений с молекулами окружающей среды) оказываются на стенках камеры, которые являются холодильниками, и переходят в конденсат. Такие условия обеспечивают интенсивное испарение влаги из заморо­женных продуктов без нагрева до высоких температур. В результате качество продуктов сохраняется высоким.

Рис. 36.14. Схема сублимационной уста­новки

l-корпус; 2 - трубы десублиматора; 3 - эк­ран; 4 -

подогреваемые поддоны для продукта

Установка сублимационной сушки. Установка включает су­шильный шкаф с подогревае­мыми полками (рис. 36.14), на которые укладывают высушива­eмый продукт. Выделяющиеся пары отводятся охлаждающей жидкостью в конденсатор, по­верхность которого покрывается снегом. Он соскребается скреб­ками в сборник снега и оттуда удаляется шнеком. Вакуум-насос­ная система состоит из ротационных масляных насосов или мно­гоступенчатых паровых эжекторных насосных установок. Тепло­энергетические показатели сублимационных и атмосферных сушилок примерно одинаковы.

Инфракрасная сушилка. В инфракрасной сушилке (рис. 36.15)

инфракрасное излучение создают керамические излучуатели, обогреваемые газовыми горелками. Вместо них могут быть использо­ваны лампы накаливания, работающие при пониженной темпера­туре их нагрева и снабженные рефлекторами.

При инфракрасном обогреве поверхности влага интенсивно испаряется на ней и вследствие термодиффузионного эффекта препятствует диффузии влаги к поверхности из глубинных слоев материала. В связи с этим такой обогрев ведут с перерывами: 2...4 с нагрева и 20...80 с выдержки. В период выдержки (отлежки) происходит движение влаги из глубины материала к поверхности.

Общая продолжительность сушки при этом не увеличивается. для ряда продуктов при меняют комбинированный нагрев - радиаци­онный и конвективный, что улучшает их качество.

Установка для сушки в поле токов высокой частоты. Сушка осу­ществляется между двумя пластинами - электродами (рис. 36.16), к которым подводится ток высокой частоты. При этом молекулы высушиваемого материала колеблются и материал нагревается по всей его толщине, но не равномерно, так как его температура уменьшается от центра к периферии. В результате складываются условия, когда градиенты температур и концентраций влаги в ма­териале совпадают, что значительно сокращает продолжитель­ность сушки (например, для древесины в 10 раз). Энергозатраты при такой сушке велики: 2...5 кВт ч на 1 кг испаряемой влаги, что в 3...4 раза выше энергозатрат при конвективной сушке.

Комбинируя этот способ сушки с конвективным, когда на долю конвекции остается унос влаги от поверхности материала, снижают расход энергии на сушку примерно в 3 раза.

Установка для сушки в кипящем слое. Конструкции сушилок с кипящим слоем показаны на рисунках 36.17 и 36.18. В ней сушка происходит, с высокой интенсивностью, и возможно регулирова­ние времени пребывания материала в сушилке.

Недостаток су­шилки - высокий расход энергии на создание кипящего слоя, а также измельчение материала в процессе сушки.

В аэрофонтанной сушилке (рис. 36.19) используется высокая интен- сивность тепло- и массообмена. Подобные способы приме­няют для сушки угля, зерна, овощей, органических красителей, опилок, хлопка и т. п.

Камеры для сушки во взвешенном состоянии изготовляют с увеличивающимся по высоте проходным сечением. В результате уменьшается скорость газов по высоте, что препятствует уносу ма­териалов потоком сушильного агента. Скорость газов изменяется и на подовой решетке - снижается по мере перемещения от заг­рузочного бункера к выгрузному. Это обеспечивает продвижение высушиваемого материала к выгрузному бункеру.

Комбинированная сушилка. В комбинированной сушилке ис­пользуются элементы сушилок с кипящим слоем, аэрофонтанных, кондуктивных, распылительных. Устройство комбинированных сушилок разнообразно; показанная на рисунке 36.20 сушилка­ лишь один из многочисленных примеров. В этой сушилке взве­шенный слой образуют инертные тела, на поверхность которых распыляется высушиваемый продукт, например молоко. Инерт­ные тела (полые шарики диаметром 30...70 мм) движутся в потоке горячего воздуха, а на их поверхности высушивается пленка про­дукта. После высыхания пленка сбивается с поверхности шариков и измельчается вследствие трения их один о другой, подхватывается потоком сушильного агента, выносится с ним из сушилки и отделяется от него на мешочных фильтрах.

Сушилка со встречными закрученными потоками. Она схематич­но изображена на рисунке 36.21. Смесь газа как сушильного аген­та и пылеобразного влажного материала, который подвергается сушке, вводится в цилиндрическую камеру сушки 1 через танген­циально расположенный патрубок 5. Отработавший сушильный агент отводится вверх через центральный патрубок 2, а высушен­ный продукт - вниз через накопительный стакан 6.

ёё

Часть су­шильного агента отводится вниз через перекрываемый заслонкой патрубок 4.

Перед входом в патрубок 4 поток сушильного агента закручива­ется завихрителем. В пространстве между входами в центральные патрубки 2 и 4 образуется устойчивый вращающийся тор из твер­дых высушиваемых частиц. Он подпитывается свежими влажными частицами, поступающими из патрубка 5. В результате относи­тельного движения частиц в слое и их адгезии частицы слипаются и образуют гранулы. Гранулы вращаются вместе с остальными чa­стицами и после достижения критической массы выпадают в на­копительный стакан 6.

Данная сушилка обычно работает как высокопроизводитель­ный гранулятор сыпучих продуктов, в частности минерaльных удобрений.

197