5.4.Конструкции сушилок

Конструкции сушилок классифицируют по следующим признакам.

По способу подвода теплоты:

• конвективные;

• контактные;

• терморадиационные;

• высокочастотные;

• комбинированные.

По принципу работы:

• периодические;

• непрерывные.

По величине давление в сушильной камере:

• вакуумные;

• атмосферные.

По взаимному направлению движения материала и сушильного агента:

• прямоточные;

• противоточные;

• смешанного тока;

• перекрестного тока.

Конвективные сушилки. В этих аппаратах осуществляется непосредственный контакт сушильного агента с материалом.

К амерные сушилки – аппараты периодического действия, работающие под атмосферным давлением. Используются для термообработки паст, красителей, синтетических смол, фармацевтичесих продуктов. Способны работать с рециркуляцией отработанного воздуха, напряжение по влаге 12 кг/(м²час). Материал в этих сушилках располагается на противнях, установленных на стеллажах или вагонетках, находящихся внутри сушильной камеры 1. В камере между вагонетками 2 установлены козырьки 3, которые делят пространство камеры на три зоны, вдоль которых движется сушильный агент. Свежий воздух всасывается вентилятором 5, нагревается в наружном калорифере 4 и подается в нижнюю часть сушильной камеры. Двигаясь по отдельным зонам сушильной камеры, испаряет влагу из материала, охлаждается и подогревается в промежуточных калориферах 6 и 7. С помощью шибера 8 часть отработанного воздуха отводится наружу, другая часть направляется на смешение со свежим воздухом. Достоинства сушилок – мягкие условия сушки. Недостатки – ручной труд при обслуживании сушилок, длительность (невысокие коэффициенты теплоотдачи) и неравномерность процесса, большие расходы сушильного агента.

Т уннельные сушилки. Работают с частичной рециркуляцией сушильного агента, используются для сушки больших количеств штучных материалов. Отличаются от камерных тем, что вагонетки 2 медленно перемещаются с помощью лебедки в сушильной камере 1 прямоугольного сечения. Сушильный агент всасывается вентиляторами 3 и подогревается в калориферах 4. Достоинства и недостатки сушилок аналогичны камерным.

Ленточные сушилки – аппараты непрерывного действия, работающие при атмосферном давлении. Материал через питатель 6 загружается в корпус сушильной камеры 1 и попадает на бесконечные ленты (металлические сетки) 2, натянутые между ведущими 3 и ведомыми 4 барабанами с опорными роликами 7. Сушильный агент, нагреваясь в калорифере 5, движется перпендикулярно плоскости ленты сквозь слой материла, пересыпающегося с ленты на ленту. Ленточные сушилки громоздки и сложны в обслуживании, имеют низкую удельную производительность. Кроме того, они не пригодны для сушки пастообразных материалов.

Петлевые сушилки непрерывного действия используются для сушки пастообразных и листовых материалов толщиной 520 мм. Материал питателем 1 подается на сетчатую ленту 2, которая проходит между обогреваемыми паром вальцами 3, вдавливающими пасту внутрь ячеек. Лента с впрессованным материалом поступает в сушильную камеру, где образует петли. Это достигается за счет использования поперечных планок, опирающихся на цепной конвейер 4. С помощью направляющего ролика 5 лента отводится к автоматическому ударному устройству 6, посредством которого высушенный материал сбрасывается с ленты и выводится из сушилки шнеком 7. Циркуляция воздуха обеспечивается с помощью осевых вентиляторов 8. Сушилка работает по варианту с промежуточным подогревом воздуха и рециркуляцией его по зонам. Такие сушилки обеспечивают большую скорость сушки, но отличаются сложность конструкции.

Барабанные сушилки используются для термообработки кусковых, зернистых и сыпучих материалов. Работают при атмосферном давлении. Сушилки имеет барабан 1, установленный с небольшим наклоном к горизонту, опирающийся с помощью бандажей 2 на упорные ролики 3. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 4 и редуктор. В осевом направлении барабан фиксируется упорными роликами 5. Материал подается в корпус питателем 6, предварительно подсушивается, перемешиваясь лопастями 7 приемно-винтовой насадки, а затем поступает в полость барабана, заполненной внутренней насадкой. Насадка обеспечивает равномерное распределение материала по сечению барабана. Топочные газы всасываются вентилятором 8, высушивают материал в барабане и поступают на очистку в циклон 9. Высушенный материал из разгрузочной камеры 10 удаляется с помощью разгрузочного устройства 11.

У стройство внутренней насадки барабана зависит от размера высушиваемого материала. Подъемно - лопастная насадка (а) используется для сушки крупнокусковых и склонных к налипанию материалов. Секторная насадка (б) – для малосыпучих и крупнокусковых материалов с большой плотностью. Для мелкокусковых, хорошо сыпучих материалов применяют распределительную насадку (в, г). Для сушки тонкоизмельченных, пылящих материалов используют перевалочную насадку с закрытыми ячейками (д).

Сушилки с кипящим (псевдоожиженным) слоем являются одним из прогрессивных типов аппаратов для высушивания материалов. Влажный материал из бункера 1 питателем 2 подается в слой материала “кипящего” на газораспределительной решетке 3 сушильной камеры 4. Атмосферный воздух вентилятор 6 подается в камеру 5, смешивается с топочными газами, проходит через отверстия решетки 3 и поддерживает слой материала в кипящем (псевдоожиженном) состоянии. Высушенный материал выгружается через разгрузитель 7 и удаляется транспортером 8. Отработанные газы направляются на очистку в циклон 9, а затем в батарейный пылеуловитель 10, после чего выбрасываются в атмосферу. Для уменьшения пылеуноса используются аппараты с коническим корпусом.

Распылительные сушилки используют для высушивания материалов, чувствительных к действию высоких температур и позволяют осуществлять процесс сушки в мягких температурных режимах (5070)⁰С в течении 1530 сек. В результате получают качественный порошкообразный продукт, хорошо растворимый и не требующий дальнейшего измельчения. Распыление жидких растворов осуществляют механическими и пневматическими форсунками, а также с помощью центробежных дисков 2. Сушильный агент (воздух) всасывается вентилятор 6, нагревается в калорифере 7 и подается в корпус сушильной камеры 1, где обеспечивает высушивание материала. Мелкие твердые частицы высушенного материала осаждаются на дно камеры и отводятся шнеком 3. Отработанный сушильный агент после очистки в циклоне 4 и рукавном фильтре 5 выбрасывается в атмосферу. К недостаткам распылительных сушилок относят сложность оборудования и большие размеры сушильной камеры, большой расход энергии и тепла.

Контактные сушилки. В этих аппаратах высушивание материалов осуществляется при их соприкосновении с нагретой поверхностью. Чаще всего нагрев поверхности производится водяным паром, в некоторых случаях – горячей водой.

Гребковая вакуум-сушилка периодического действия состоит из цилиндрического корпуса 1 с паровой рубашкой 2 и мешалки 3. Загрузка влажного материала осуществляется через люк 4, а выгрузка сухого материала через люк 6. Гребки мешалки закреплены на валу взаимно перпендикулярно, на одной половине длины барабана гребки мешалки изогнуты в одну сторону, на другой половине - в противоположную. Мешалка имеет реверсный привод. Поэтому при работе мешалки материал периодически перемещается от периферии к середине барабана и в обратном направлении. Кроме того, свободно перекатывающиеся между гребками трубы 5 способствуют разрушению комков и дополнительно перемешивают материал. Используют сушилки для термообработки токсичных и взрывоопасных веществ, чувствительных к высоким температурам.

Вальцевые сушилки непрерывного действия предназначены для высушивания жидких и текучих пастообразных материалов при атмосферном давлении или при разряжении. Основной частью двухвальцовых сушилок являются медленно вращающиеся в кожухе 1 вальцы 2 и 3. Сверху между вальцами непрерывно подается высушиваемый материал, который проходит регулируемый зазор между вальцами, внутрь которых через полую цапфу поступает греющий пар. Тонкий слой материала успевает высохнуть в течение одного оборота барабанов и снимается с их поверхности ножами 6. Материал, снятый с вальцов, досушивается в шнековых досушивателях 7 и 8, снабженных паровыми рубашками. Окончательно высушенный материал выводится из досушивателя 8. К недостаткам вальцевых сушилок относят высокую влажность продукта и возможность его перегрева.

Типы специальных сушилок. В терморадиационных сушилках необходимое для сушки тепло сообщается материалу инфракрасными лучами газовых или электрических излучателей 2. Такой метод сушки используется для термообработки тонколистовых материалов. Высушиваемый материал движется по транспортеру 3 вдоль излучающей панели 1, обогрев которой проводится открытым пламенем газовых горелок 2, в которые вентилятор 5 подается горючий газ. Основным преимуществом терморадиационных сушилок является высокая интенсивность испарения влаги по сравнения с конвективной или контактной сушкой за счет возможности подведения к материалу значительные удельные потоки теплоты. Недостаткам сушилок является высокий расход энергии невозможность высушивания материалов значительной толщины.

Высокочастотные сушилки (ТВЧ) используются для высушивания толстослойных диэлектрических материалов, когда необходимо регулировать температуру не только на поверхности, но и в глубине материала. Под действием электрического поля высокой частоты дипольные молекулы вещества приобретают вращательное движение, а неполярные поляризуются. Такие процессы приводят к выделению теплоты и нагреванию высушиваемого материала. Сушилка ТВЧ включает в себя высокочастотный генератор 1 и сушильную камеру 2. Переменный ток из сети поступает в выпрямитель 7, а затем в генератор 1, где преобразуется в переменный ток высокой частоты. Этот ток подводится к пластинам 3 и 4 конденсаторов, в которых на ленте 6 движется высушиваемый материал. Достоинство сушилки – возможность равномерной сушки толстослойных материалов, недостаток – значительные удельные расходы энергии. Используется такой метод сушки только для высушивания ценных материалов.

Сублимационные сушилки используются в пищевой, химической технологиях и в фармацевтической промышленности для термообработки биологически активных материалов, не выдерживающих обычной тепловой сушки. Установка включает в себя вакуумную сушильную камеру 1 (сублиматор) внутри которой установлены обогреваемые плиты 2, на которых размещены противни 3 с материалом. Испаряемая из материала влага поступает в конденсатор – замораживатель 4, в трубном пространстве которого циркулирует хладоагент (например аммиак). Конденсатор включается в один циркуляционный контур с испарителем аммиачной холодильной установки и соединяется с вакуум-насосом, предназначенным для откачивания неконденсирующихся газов и воздуха. Процесс удаления влаги из материала протекает в три стадии: самозамораживание материала при снижении давления в сушильной камере; сублимация льда; удаление остаточной влаги тепловой сушкой. Достоинство метода сушки – сохранение ценных свойств высушиваемого материала и его длительное хранение. Недостатки – сложность установки, высокие требования к квалификации обслуживающего персонала, значительные энергозатраты.

Контрольные вопросы

1.Характеристика способов удаление влаги из материалов и методы сушки.

2.Формы связи влаги с материалом и их характеристика.

3.Что понимают под конвективной сушкой? Что может выступать в качестве сушильного агента при такой сушке?

4. Что понимают под контактной сушкой? Что может выступать в качестве сушильного агента при такой сушке?

5. Что понимают под терморадиационной сушкой?

6. Специальные методы сушки.

7.Основные параметры влажного воздуха.

8.Понятие абсолютной и относительной влажности материала.

9.Общий материальный баланс конвективной сушки.

10.Материальный баланс конвективной сушки по абсолютно сухому материалу.

11.Материальный баланс конвективной сушки по влаге. Понятие удельного расхода абсолютно сухого воздуха.

12.Схема конвективной сушки. Тепловой баланс.

13.Основные параметры J-x диаграммы.

14.Движущая сила сушки.

15.Кинетика сушки влажных материалов.

16.Механизм удаления влаги в первом и втором периодах сушки.

17.Понятие свободной и связанной влаги.

18.От чего зависит форма кривой скорости сушки во втором периоде?

19.Понятие скорости и интенсивности сушки.

20.Понятие идеальной сушки.

21.Понятие реальной сушки, предпочтительный вариант этой сушки.

22.Порядок построения однозонной сушки на J-x диаграмме по следующим параметрам:1) температура и влажность исходного воздуха (t₀,₀); 2)температура воздуха после калорифера (t₁); 3)температура (влажность) воздуха после сушки t₂,(₂).

23.Порядок построения однозонной сушки на J-x диаграмме по следующим параметрам:1) температура и влажность исходного воздуха (t₀,₀); 2)температура и влажность воздуха после сушки (t₂,₂).

24.Схема многозонной конвективной сушки, ее преимущества и область использования.

25.Материальный баланс многозонной сушки по абсолютно сухому воздуху.

26. Порядок построения многозонной сушки на J-x диаграмме по следующим параметрам: 1)температура и влажность исходного воздуха (t₀,₀); 2)распределение количества удаляемой влаги по зонам W^I, W^II, W^III; 3)максимально допустимая температура сушки t_мах.

27. Порядок построения многозонной сушки на J-x диаграмме по следующим параметрам: 1)температура и влажность исходного воздуха (t₀,₀); 2)распределение количества удаляемой влаги по зонам W^I, W^II, W^III; 3)влажность воздуха на выходе из каждой зоны ₂.

28.Схема сушки с рециркуляцией отработанного воздуха.

29. Порядок построения многозонной сушки на J-x диаграмме по следующим параметрам: 1)температура и влажность исходного воздуха (t₀,₀); 2)распределение количества удаляемой влаги по зонам W^I, W^II, W^III; 3)температура воздуха на выходе из каждой зоны t₂.

30. Порядок построения сушки с рециркуляцией отработанного воздуха на J-x диаграмме по следующим параметрам: 1)температура и влажность исходного воздуха (t₀,₀); 2)максимально допустимая температура сушки t_max; 3)температура и влажность воздуха после сушки (t₂, ₂).

31.Тепловой баланс сушки с рециркуляцией отработанного воздуха.

32.Как определяется температура мокрого термометра по J-x диаграмме.

33. Порядок построения сушки с рециркуляцией отработанного воздуха на J-x диаграмме по следующим параметрам: 1)температура и влажность исходного воздуха (t₀,₀); 2)кратность рециркуляции m; 3)температура и влажность воздуха после сушки (t₂, ₂).

34. Материальный баланс сушки с рециркуляцией отработанного воздуха.

35.Конструкции сушилок, их устройство и принцип работы.

Список литературы

1.Кафаров В.В. Основы массопередачи: Учебник для вузов. М.: Высш. школа, 1979. – 439 с.

2.Кольцова Э.М., Гордеев Л.С. Методы синергетики в химии и химической технологии. Учебное пособие для вузов. М.: Химия, 1999. – 256 с.

3.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов.- 10-е изд., М.: ООО ТИД “Альянс”, 2004. – 753 с.

4.Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. В 2-х кн. М.: Химия, 1995. – 368 с.

5.Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1968. – 848 с.

6.Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. М.: Химия, 1981. – 352 с.

7.Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1984. – 592 с.

8.Трейбал Р. Жидкостная экстракция. Пер. с анг. Под ред. докт. техн. наук Кагана С.З. М.: Химия, 1966. – 724 с.

9.Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов химической промышленности. М.: Химия, 1968. – 304 с.

10.Лебедев П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок: Учебник для вузов. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. – 320 с.

Редактор

Подписано в печать 05.2007. Формат . Бумага писчая.

Усл. печ. л. . Уч.- изд. л. . Тираж экз. Заказ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования “Ивановский химико-технологический университет”