Учебное пособие 800321

ках с кипящим слоем обычно определяется несколькими минутами. При сушке пшеницы с начальной влажности 25,5 % до конечной 18,1 % в кипящем слое горячим воздухом с начальной температурой 110 °С, температура его на выходе составляла 52 °C, а температура слоя 55 °С при высоте кипящего слоя 370 мм. Продолжительность сушки 11 мин. Удельный расход тепла 1 100 ккал/кг влаги, воздуха - 50,3 кг/кг влаги.

Более экономичными являются вибрационные сушилки,

вкоторых подвижность слоя обеспечивается колебаниями опорно-распределительной решетки при подаче сушильного агента, не вызывающего движения частиц.

Внастоящее время созданы также вихревые и вихревые импульсные сушилки, в которых горячий воздух или его смесь с топочными газами со скоростью, значительно меньшей, чем

всушилках с кипящим слоем, последовательно (с импульсом 6 мин) подается через несколько распределительных щелей (отверстий), устроенных в стенках конического днища. Такая система подачи сушильного агента исключает каналообразо-

вание в слое и уменьшает измельчение частиц сушимого материала.

Сушилки с взвешенным слоем. Среди сушилок со взве-

шенным слоем материала выделяют установки с прямолинейным движением сушильного агента и материала (падающий слой), трубы-сушилки (рис. 17) и установки с закрученным потоком сушильного агента (спиральные, вихревые, циклонные). В сушилках с падающим слоем движение материала внутри шахты сверху вниз определяется гравитационными силами. Сушильный агент движется прямотоком или противотоком, однако при небольших скоростях движения он практически не влияет на свободное падение материала. Из-за кратковременного пребывания материала в таких сушилках их используют для удаления лишь свободной влаги.

69

Рис. 17. Труба-сушилка с взвешенным слоем и рециркуляцией сушильного агента

В трубах-сушилках влажный материал подается питателем в нижнюю часть вертикальной трубы. Сушильный агент (как правило, топочные газы) подается ниже места ввода материала со скоростью, достигающей 40 - 50 м/с. Он подхватывает материал и транспортирует его в верхнюю часть трубы. Одновременно осуществляется высушивание материала. Как и в

70

сушилках с падающим слоем, время пребывания материала в сушилке составляет несколько секунд, поэтому возможно удаление из материала лишь свободной влаги. Для увеличения времени пребывания материала используют его рециркуляцию. Отделение высушенного материала от сушильного агента осуществляют в пылеочистных устройствах, через которые проходит весь материал. Если используют расширитель, то большая часть высушенного материала выводится из расширителя, что значительно снижает нагрузку на систему пылеочистки.

Такие сушилки применяются для сушки дробленого угля, фрезерного торфа, резаной травы, ботвы овощей, кристаллических и других измельченных материалов и т. п.

Анализ работы труб-сушилок показывает, что сушку выгодно вести при скоростях газа, незначительно превышающих скорости витания. Сушилка тем экономичнее, чем мельче частицы и чем больше они содержат свободной влаги. С увеличением размера частицы, скорость витания увеличивается, а коэффициент теплообмена падает. С увеличением диаметра частицы при скорости газа, близкой к скорости витания, производительность сушилки падает, поэтому нецелесообразно в трубах-сушилках сушить частицы большого диаметра. С увеличением концентрации материала в сушильном агенте производительность сушилки увеличивается, так как при этом увеличивается общая тепловоспринимающая поверхность. Однако, чем выше концентрация материала в газе, тем выше должна быть и температура газов.

Одним из простых и вместе с тем достаточно эффективных методов интенсификации конвективной сушки дисперсных материалов является использование закрученных потоков сушильного агента. Закрученный поток можно создать путем установки тангенциальных газоходов, спиральных и лопастных завихрителей и т.п. Преимущество закрученного потока по сравнению с прямым заключается в том, что он позво-

71

ляет в несколько раз увеличить среднюю относительную скорость движения фаз и повысить концентрацию твердого материала в аппарате.

Частицы твердого материала, движущиеся в аппарате, постоянно соударяются со стенкой, благодаря чему средняя скорость их движения невелика (несколько метров в секунду), а относительная скорость движения газа и материала достигает высоких значений и близка к скорости газа. Высокая относительная скорость фаз обусловливает интенсивное протекание процессов тепло- и массообмена, а повышенная концентрация твердой фазы — большую поверхность контакта фаз, приходящуюся на единицу объема аппарата. Средняя продолжительность пребывания материала в аппаратах с закрученным потоком выше, чем в трубах-сушилках. Это обстоятельство в сочетании с высокой интенсивностью процесса позволяет обезвоживать материалы со значительным количеством связанной влаги.

Сушка ленточных материалов. Для сушки гибких лен-

точных материалов - тканей, бумаги, картона, полимерных пленок и т. п. - используют сушильные установки непрерывного действия, в которых подвод теплоты осуществляется кондуктивным, конвективным или комбинированными способами: конвективно-радиационным, кондуктивнорадиационным и др.

В зависимости от направления подачи сушильного агента выделяют следующие типы конвективных сушильных установок: с продольным, поперечным (сопловым) обдувом и со сквозной фильтрацией.

При продольном обдуве материала (например, ткани) сушильный агент, нагреваемый в паровом калорифере , подается вентилятором с торцов сушильной камеры вдоль петель ткани со скоростью 4—5 м/с. Расстояние между петлями составляет 100 - 200 мм. Температура сушильного агента в зави-

72

симости от источника теплоты и термочувствительности сушимого материала может быть равной 90 - 250 °С.

Поперечное (перпендикулярное поверхности плоского материала) направление движения сушильного агента при одинаковых скоростях способствует увеличению коэффициента теплоотдачи на 40 – 50 % по сравнению с продольным, но при этом возрастают расход сушильного агента и затраты энергии на его подачу. Для снижения расхода сушильного агента при сохранении достоинств поперечного обдува материала используют сопловой обдув — локальный поперечный обдув с большими (до 100 м/с) скоростями струи.

Рис. 18. Сопловая сушилка для сушки ткани перегретым паром

В последние годы широкое распространение получили ленточные сушилки с сопловой обдувкой ткани перегретым паром, который получается в результате испарения влаги из сушимых материалов и последующего перегрева его в подог-

73

ревателе (рис. 18). При сушке перегретым паром его температуря снижается до 100 – 105 °С, а затем в перегревателе он вновь подогревается до 150 – 200 °С. Такие сушилки работают под небольшим давлением и требуют хорошей герметизации и специальных конструкций для впуска и выхода материала.

Вначале сушки воздух, находящийся внутри камеры, постепенно вытесняется, и камера заполняется паром, испаренным из материала. Пар с помощью циркуляционных вентиляторов 3 проходит через перегреватели 2 и нагнетается в сопловые камеры, через сопла 4 которых перпендикулярными струями обдувают материал 1. Он препятствует образованию пограничного слоя на поверхности материала и улучшает тепло- и массообмен. Чем больше скорость выходящей струи из сопел, тем выше интенсивность сушки. Плоскость среза сопел расположена на расстоянии 6 - 7 мм от сушимой ткани. Удельный расход пара в таких сушилках для ткани составляет 1,5 кг/кг испаренной влаги. Недостатком этих сушилок является значительный расход электроэнергии. В настоящее время для сушки термоустойчивых тканей применяется для обдувки смесь перегретых паров с продуктами сгорания, что обеспечивает более высокий коэффициент теплообмена и, кроме того, позволяет применять более высокий перегрев без наличия окисления сушимого материала, которое наблюдается при сушке воздухом. Кроме того, в этих сушилках имеются большие возможности для использования тепла, затраченного на испарение влаги, для каких-либо технологических нужд производства.

Вустановках со сквозной фильтрацией сушильного агента воздух, нагреваясь в калориферах, просасывается сквозь материал, находящийся на поверхности сетчатых или перфорированных барабанов. Циркуляционные вентиляторы создают небольшое разрежение внутри барабанов. Часть поверхности барабана, которая не соприкасается с сушимым материалом, закрыта изогнутым щитком. Сложный циркуляционный

74

контур и высокие удельные расходы электроэнергии препятствуют широкому распространению установок со сквозной фильтрацией сушильного агента.

Сушка крупногабаритных материалов. Для сушки мас-

сивных и крупногабаритных деталей применяются в основном камерные и туннельные сушилки. В них сушат древесину (пиломатериалов), керамические изделия, пряжу, химические вещества, различных сыпучие и волокнистые материалы.

Рис. 19. Камерная сушильная установка с внутренними реверсивными вентиляторами

Основной частью камерных сушилок является прямоугольная камера, внутри которой на вагонетках или стеллажах помещается сушимый материал, остающийся обычно неподвижным в течение всего процесса сушки (рис. 19). Загрузка и выгрузка материала производятся с одной стороны сушилки. Камерные сушилки являются установками периодического действия, вследствие чего они применяются при малых количествах сушимого материала.

75

Циркуляция сушильного агента в камерных и туннельных сушилках осуществляется как за счет естественной конвекции, так и при помощи вентиляторов. Достоинством сушилок с естественной циркуляцией является отсутствие расхода электроэнергии.

Практика эксплуатации показала, что сушилки с естественной циркуляцией сушильного агента применять нерационально, так как сушка материалов происходит в них дольше и менее качественно, а расход тепла на сушку по сравнению с сушилками с принудительной циркуляцией значительно больше.

Расход электроэнергии на привод вентиляторов для искусственной циркуляции во многих случаях вполне окупается, так как относительно высокие скорости омывания материала сушильным агентом (1 - 2 м/сек) способствуют равномерности сушки материала по всему объему сушильной камеры, сокращают срок сушки, т. е. увеличивают производительность сушилки, а также улучшают качество высушенного материала и снижают расход тепла на сушку.

Сушилки с осевыми вентиляторами, установленными непосредственно в рабочей камере, имеют меньший расход электроэнергии, но более сложны в эксплуатации. В сушильной камере могут быть установлены один или несколько вентиляторов. Примером такой сушилки может служить лесосушилка, показанная на рис. 19.

Реверсивность циркуляции сушильного агента достигается путем периодического изменения направления вращения вентиляторов и обеспечивает равномерную сушку материала с той и другой сторон штабеля. Реверсивные осевые вентиляторы размещаются или под потолком, так, как это показано на рис. 19, или в подвальном помещении.

В камерных сушилках температура и влажность сушильного агента изменяются во времени. Например, в лесосушилках, после того как влажность материала понизится до

76

определенного значения, повышают температуру и снижают относительную влажность сушильного агента. Такое изменение режима осуществляется в процессе сушки несколько раз.

Основной частью туннельных вагонеточных сушилок является удлиненная камера, внутри которой высушиваемый материал периодически перемещается на вагонетках в продольном направлении. После того как из камеры выкатывается крайняя вагонетка с высушенным материалом, весь по-

грузка и выгрузка высушиваемого материала происходят в разных концах камеры. По режиму работы туннельные сушилки (их иногда называют коридорными) являются установками непрерывного (точнее, полупериодического) действия. Они применяются для массовой сушки (больших количеств) материалов, которые укладываются для этой цели на вагонетки. Вагонетки перемещаются в сушилках вручную или с помощью специальных механизмов. Они бывают различных конструкций и размеров в зависимости от вида сушимого материала и направления циркуляции сушильного агента.

В туннельных сушилках ( непрерывного действия) при установившемся режиме температура и влажность сушильного агента изменяются по длине камеры по мере того, как сушильный агент, проходя над поверхностью материала, охлаждается, а влагосодержание его увеличивается.

Туннельные сушилки, являющиеся сушилками непрерывного действия, в тепловом отношении более экономичны, чем камерные сушилки, так как в них расход тепла на прогрев ограждений сушильной камеры имеется только при первом пуске сушилки, после ремонта или после праздничных дней. Кроме того, в сушилках непрерывного действия отработавшие газы имеют более высокое насыщение в течение всего периода их работы, а в сушилках периодического действия влажность

77

отработавшего воздуха непрерывно уменьшается по мере высыхания материала.

Сушка материалов после работ на их поверхности.

Конвективные сушилки для сушки поверхностей материалов очень сходны по конструкции с камерными. В качестве примера можно привести окрасочно-сушильные камеры для автомобилей и другой крупногабаритной техники (рис. 20).

Рис. 20. Окрасочно-сушильная камера

Сама камера 1 представляет собой прямоугольное помещение, изготовленное из сендвич-панелей со встроенными светильниками. В камере имеются ворота, через которые внутрь помещается окрашиваемый объект. Потолок 2 выполнен в виде проницаемых негорючих панелей из нетканого материала – т.н. пленум. Пол камеры изготовлен из металлических решеток со слоем фильтрующего материала под ним. Под

78