13.5.2 Сушка

Для выделения из сточных вод сухого продукта могут быть использованы распылительные сушилки. В таких сушилках суспензию или коллоидный раствор разбрызгивают до капель раз­мером 10-50 мкм, которые падают в объеме сушилки в потоке горя­чего воздуха или топочных газов. В сушильной камере линейная ско­рость этого потока должна быть меньше скорости осаждения частиц высушенного материала и равна 0,2-0,5 м/с. Поверхность соприкос­новения капель материала с воздухом достигает 300 000 м² на 1 м³ материала. В этих условиях скорость сушки значительно увеличива­ется, а ее продолжительность снижается до сотых долей секунды. Для отделения высушенного материала от газового потока использу­ют циклоны, рукавные фильтры, скрубберы, электрофильтры.

Для распыления сточных вод в сушилке применяют центробеж­ные, пневматические или механические распылители. При большой производительности (до 20-40 т/ч) наиболее перспективными явля­ются центробежные распылители, представляющие собой диски, вращающиеся со скоростью 100-200 м/с. Пневматические распыли­тели — это обычные форсунки, в которых распыление осу- ществляется воздухом, сжатым до избыточного давления 0,15-0,3 МПа. Ме­ханические распылители — это форсунки, в которых жидкость по­дают под давлением до 20 МПа. Распыление в них происходит в ре­зультате удара струи жидкости о стенку или соударения двух струй.

К распылителям предъявляются следующие требования: они дол­жны обеспечивать определенную форму факела, однородность раз­мера капель, надежность в работе и минимальные энергозатраты, быть простыми по конструкции, иметь большую производительность и низкую стоимость.

Одной из характеристик распылителя, определяющей размеры сушильной камеры, является радиус факела распыла, за который при­нимают радиус такой окружности, внутри которой оседает 96-98% всего распыленного раствора.

Сушка распылением представляет собой совокупность следую­щих процессов: диспергирование материала, движение диспергированного материала и сушильного агента и тепломассообмен между ними, перенос теплоты и массы высушиваемых частиц.

Схема сушильной установки показана на рис. 63. Начальная температура газов зависит от свойств материала и колеблется в пре­делах 70-1000°С. На выходе из сушилки она составляет 50-120°С.

Рис. 63. Схема распылительной сушильной установки: сушильная камера; 3 — распылитель; 4 — насос; 5 — емкость; 6 вентилятор; 8 — рукавный фильтр.

Конструкции сушильных камер при распылении жидкостей фор­сунками и центробежными дисками весьма различны. На рис. 64 приведены некоторые из них.

В сушилку с форсунками (схема а) газы вводят тангенциально в центр камеры со скоростью 6-12 м/с, а отводят их снизу вместе с продуктом.

В схеме б газы подают в центре через решетку; а отводят через трубу. Вместе с газами отводятся только мелкие частицы.

Камеры (схема в) используют для сушки высоковлажных мате­риалов газами при низкой температуре. Газы подают через решетку равномерно по всему сечению камеры.

Схема г — с раздельной подачей газов. Основную их часть пода­ют непосредственно к форсунке; в некоторых случаях поток закру­чивают. Запыленные струи газа и факел распыла создают циркуля­цию материала, который может налипать на верхнее перекрытие ка­меры. Чтобы избежать этого, остальное количество газов подают равномерно по всему сечению камеры через решетку. Этот способ ввода газов более сложен, чем другие, но обеспечивает значитель­ную интенсификацию процесса сушки.

При дисковом распыле способ ввода газов в камеру и отвода их в основном обусловлен производительностью диска, отношением рас­хода жидкости и газа и физико-химическими свойствами растворов.

Рис. 64. Конструкции сушильных камер: форсуночных: a — с центральным закрученным подводом теплоно­сителя (прямоточная); б — с центральным подводом теп­лоносителя и раздельным отводом газов и продукта:, в — с равномерным распределением газов по сечению через га­зораспределительную решетку; г — с локальным подво­дом газов к форсунке; дисковых: д — с равномерной пода­чей газов над факелом по всему сечению камеры; е — с сосредоточенной подачей газов к корню факела распыла; ж — с подачей газа под факел: 1 — форсунки; 2 — решет­ки; 3 — диски.

Схема д — с равномерной подачей газов над факелом по всему сечению камеры, а схема е — с сосредоточенной подачей газов к кор­ню факела распыла. Газы и материалы вводят раздельно.

На схеме ж газы подают через распределительную головку сни­зу. В результате изменения скорости истечения газа из жалюзей регу­лируется положение факела распыла.

Имеются и другие конструкции сушильных камер. Расход энер­гии при дисковом распыле составляет 5-10 кВт ч/т раствора.

При сушке влажных материалов сушильным агентом при темпе­ратуре более 100°С выделяют пять периодов: 1) прогрева материала; 2) равновесного испарения капли; 3) коркообразования; 4) кипения; 5) сушки до равновесной влажности.

Интенсивность испарения капли раствора меньше, чем капли воды. Различие увеличивается с ростом концентрации раствора. Для интенсификации процесса сушки предложено использовать вакуум-распылительные сушилки. Совместное использование вакуума и рас­пыления продукта под давлением резко увеличивает влагосъем на 1 м³ камеры испарения по сравнению с атмосферными распылительны­ми сушилками. Другим интенсивным способом сушки жидкотекучих материалов является сушка во встречных струях. В таких су­шилках создаются условия для интенсивного тепло- и массообмена, в 5-10 раз большего по сравнению с другими распылительными су­шилками за счет локальных вихреобразований и сепарации капель по фракциям под действием центробежной силы.

При небольшом расходе сточных вод сушку можно провести в одно- и двухвальцовых сушилках. Основным рабочим элементом таких сушилок являются вращающиеся полые вальцы, обогреваемые водяным паром, поступающим через цапфы. Вальцы опущены в ван­ны с исходным раствором. Твердый слой кристаллического материа­ла, который образуется на горячей поверхности вальца, удаляют при помощи скребка или ножа.