Учебное пособие 800321

сушильной камерой располагается бетонный приямок для циркуляции воздуха.

Камера обычно работает в двух режимах: покраски и сушки. В первом режиме воздух забирается снаружи помещения через воздуховод 8, предварительно фильтруется в фильтрах 5, подогревается в теплообменнике 4 за счет сжигания дизельного топлива или природного газа в горелке 3 и через пленум подается в камеру. Температура в камере поддерживается 20-30 , давление – чуть выше атмосферного (на 2-7 мм. вод. столба). Отработанный агент с парами растворителя через напольные фильтры выбрасывается в атмосферу.

В режиме покраски (переключение производится пневмоуправляемыми заслонками 6) происходит циркуляция воздуха и постоянный подогрев до 60-80 .

Высокая температура сушки позволяет сократить время сушки до 30-40 минут.

Высокое качество сушки достигается за счет больших затрат электроэнергии: используются две группы центробежных вентиляторов: приточные и циркуляционные.

79

3. КОНТАКТНЫЕ СУШИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Контактными называются сушильные аппараты, в которых тепло для испарения влаги передается высушиваемому материалу в результате его соприкосновения с поверхностью обогреваемой металлической стенки.

Часто нагрев поверхности производится водяным паром, а в некоторых случаях - горячей водой или высококипящими органическими веществами. На выбор теплоносителя существенно влияет допустимая для материала температура. Паровой обогрев применяют обычно для материалов, выдерживающих в сухом состоянии температуру 100 - 110° С. При применении расплавленных органических веществ, кипящих при высоких температурах, например смесь дифенила и дифенилоксида и т. п., температура сушки может быть увеличена до 250 °С. Подогрев водой применяют при низких температурах сушки материалов. Дымовые газы для обогрева цилиндров не используются ввиду малого коэффициента теплоотдачи от газа к стенке.

Простейшими аппаратами являются вакуум-сушильные шкафы (или камеры) периодического действия. Такая сушилка представляет собой герметически закрывающуюся камеру круглого сечения (иногда прямоугольного), снабженную рядом изнутри обогреваемых горизонтальных плит (полок). Высушиваемый материал укладывается на эти плиты либо непосредственно, либо на съемных противнях. Образующиеся при сушке пары, которые обычно разбавлены небольшим количеством воздуха, проникающего через неплотности или десорбированного из материала, отсасываются вакуум-насосом через конденсатор. Отсюда конденсат отводится по назначению, а остаточная парогазовая смесь выбрасывается вакуум-насосом в атмосферу. Будучи очень металлоемкими, эти сушилки в то же время малопроизводительны, что объясняется неподвижно-

80

стью слоя высушиваемого материала, его низкой теплопроводностью и большей частью недостаточно полным контактом с поверхностью нагрева.

Почти удвоенную производительность и меньшую металлоемкость имеют гребковые вакуум-сушилки. Они состоят из цилиндрического корпуса, снабженного паровыми рубашками, внутри которого медленно вращается горизонтальный вал, несущий гребки для перемешивания материала. Гребки в одной половине корпуса изогнуты в одну сторону, а во второй половине в противоположную. Благодаря автоматизированному реверсивному приводу вал периодически (через каждые 5 - 10 мин) меняет направление вращения. Все это обеспечивает хорошее перемешивание и равномерное распределение материала по длине корпуса, а также механическую выгрузку материала через нижний люк по окончании процесса сушки.

Вальцовые сушилки. Широкое применение получили вальцовые сушилки непрерывного действия различных конструктивных модификаций, зависящих от состояния исходного материала и способа его подачи на вальцы.

На рис. 21 показана схема одновальцовой сушилки. В ее корпусе против часовой стрелки вращается закрытый с обоих концов цилиндрический полый валок, обогреваемый изнутри конденсирующимся водяным паром. Вход пара и выход конденсата осуществляются через левую полую цапфу. Исходный жидкий материал непрерывно поступает в нижнюю корытообразную часть корпуса и смачивает погруженную часть валка. За один неполный оборот последнего материал высушивается, снимается ножом и выводится при помощи шнека. Если аппарат работает при атмосферном давлении, то образовавшиеся пары уносятся небольшим потоком воздуха. Толщина высушенного слоя материала регулируется расстоянием ножа от поверхности валка и в зависимости от начальной влажности и свойств материала составляет 0,5—2 мм. В случае сушки под

81

вакуумом корпус аппарата и место выгрузки высушенного материала герметизируются.

Рис. 21. Одновальцовая контактная сушилка

Материал поступает в питающее устройство сушилки через загрузочный патрубок. В питающем устройстве материал тщательно перемешивается и наносится на сушильный валец тонким слоем (1 - 2 мм).

В течение одного оборота вальца материал высыхает, отделяется от барабана стальными ножами и поступает в при-

82

емное устройство, из которого он и выводится из сушилки. Ножи имеют толщину не более 3 мм и длину не более 400 мм, так как при большей длине трудно осуществить плот-

ное прилегание лезвия ножа к поверхности вальца и очистить ее от высушенного материала. Неплотное прилегание ножа может привести к пригоранию материала на поверхности барабана и, соответственно, к недосушке поступающего в сушилку материала

Пар подводится через ту же цапфу, через которую с помощью сифонной трубки отводится конденсат. Мешалки вращаются от шестерни, насаженной на ось вальца.

Имеющиеся конструктивные модификации одновальцовых аппаратов отличаются главным образом способом подачи исходного материала на валок. В случае жидкой консистенции исходный материал попадает на валок путем смачивания его поверхности (рис. 21). Вязкие жидкофазные материалы подают на поверхность валка винтовым насосом, причем избыток материала стекает обратно в бак для питания. Смачивание поверхности валка иногда производится при помощи быстро вращающегося валика с насечкой, погруженного в корыто. В случае тонкодисперсных суспензий поверхность валка может смачиваться их потоком по лотку, откуда избыток стекает в сосуд с мешалкой и вновь возвращается на лоток.

Для достижения большей производительности в одном агрегате применяют двухвальцовые сушилки, работающие как при атмосферном давлении, так и под вакуумом. Здесь материал поступает одновременно на два валка, вращающихся навстречу друг другу. Конструктивные модификации этих аппаратов отличаются способами отвода высушенного материала и подачей исходного. Так, возможен отвод материала, срезаемого с обоих валков, одним общим шнеком или раздельными шнеками.

Вальцовые сушилки для жидкофазных и пастообразных материалов отличаются кратковременным контактом послед-

83

них с поверхностью нагрева (обычно не более 30 с), а при работе под вакуумом - отсутствием контакта с атмосферным воздухом. Это обусловливает сравнительно широкое применение рассматриваемых аппаратов для высушивания термолабильных и легко окисляющихся материалов. Благодаря сушке материала в тонком слое, количество воды, испаряемой с 1 м2 поверхности валков, весьма велико Поверхность валков, однако, ограничена конструктивными соображениями (диаметр их редко превышает 1,5 м, а длина - 2 м), поэтому производительность аппарата относительно невелика. Существенными недостатками вальцовых сушилок являются очень большая металлоемкость (масса аппарата с поверхностью валков 20 м2 превышает 25 т) и сложность ухода за ними в связи с износом ножей и поверхности самих валков. Однако, с позиции затрат тепла контактные сушилки выгоднее конвективных, так как у первых тепло затрачивается лишь на нагревание материала, испарение влаги и потери в окружающую среду, но отсутствует унос тепла с отработанным воздухом или другими газами.

Цилиндрические сушилки. Цилиндрические сушилки являются сушилками непрерывного действия и применяются для сушки материалов в виде ленты: тканей, бумаги, целлюлозы и т. п. Основной частью этих сушилок являются несколько вращающихся полых цилиндров, обогреваемых паром путем подачи его внутрь цилиндра. Сушка материалов происходит путем соприкосновения их с поверхностью цилиндров. Цилиндры располагаются в сушилках вертикально и горизонтально. Вертикальное расположение цилиндров значительно выгоднее с точки зрения занимаемой сушилкой площади здания, однако горизонтальное расположение цилиндров удобнее при заправке материала. Одностороннее соприкосновение материала с цилиндрами осуществляется обычно в том случае, если на лицевой стороне материала имеется выпуклый рисунок или отделка.

84

Рис. 22. Цилиндрическая контактная сушильная установка для сукна

На рис. 22 показана цилиндрическая сушилка для шерстяных тканей, работающая на многих сукнопрядильных фабриках. Сушилка имеет 12 цилиндров для сушки влажной ткани и 4 цилиндра для сушки прижимного материала. Ткань присушке огибает последовательно все цилиндры, соприкасаясь с горячей поверхностью цилиндров обеими сторонами. В качестве прижимного материала используется тонкое сукно. Внутри цилиндров проходит перегретый водяной пар, подача и отвод которого производится через опорные цапфы цилиндров.

Вакуумные контактные сушилки применяются для сушки фармацевтических и пищевых продуктов, а также для сушки взрывоопасных и ядовитых веществ. Вследствие их сложности и дороговизны они имеют сравнительно ограни-

85

ченное применение. При вакууме воздух обладает способностью поглощать значительные количества водяных паров; например, если при давлении 745 мм рт. ст., температуре 30 °С и относительной влажности 100 % влагосодержание воздуха составляет 27,7 г/кг с. в., то при давлении 74,5 мм рт. ст. влагосодержание составляет 460 г/кг с. в.

В вакуумных сушилках незначительные количества воздуха, проникающие, например, через неплотности конструкции, в состоянии поглощать большие количества влаги, испаряемой из материала. Вместе с тем при вакуумной сушке воздух не является сушильным агентом, а представляет собой балласт и его присутствие не улучшает, а ухудшает процесс сушки, так как оно повышает температуру материала и усложняет работу конденсатора.

Технологическими преимуществами вакуумных сушилок по сравнению с атмосферными являются:

-интенсивная сушка при низких температурах, что важно для термолабильных материалов;

-стерильность среды; герметичность сушильной камеры дает гарантию от загрязнения сушильного продукта пылью из окружающего воздуха;

-отсутствие выделения вредных паров и газов в окружающую среду при сушке токсичных веществ;

-малое количество кислорода, что очень важно для легкоокисляемых материалов.

Сушка под вакуумом не зависит от атмосферных условий и протекает быстро главным образом вследствие большого (положительного) градиента температур между закрытой - нагреваемой — и открытой поверхностями материала.

К недостаткам сушки под вакуумом следует отнести большую стоимость сушильного агрегата вследствие сложности его конструкции и наличия специальной конденсационной установки, а также трудность наблюдения за процессом сушки. Поэтому вакуумные сушилки применяются в основном в

86

тех случаях там, где по технологическим причинам невозможно осуществить сушку под атмосферным давлением.

Методы расчета контактных сушильных установок подробно рассмотрены в [1, 2, 3].

87

4. ТЕРМОРАДИАЦИОННЫЕ СУШИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

4.1 Преимущества, недостатки, область применения и классификация терморадиационных сушилок

Основным преимуществом сушки инфракрасными лучами является то, что интенсивность испарения влаги по сравнению с конвективной или контактной сушкой тонких материалов может быть увеличена в несколько раз. Это объясняется тем, что терморадиационным способом можно подводить к материал большие удельные потоки тепла.

Однако по технологическим условиям не всегда возможно увеличить скорость сушки материалов пропорционально увеличению теплового потока, так как во многих случаях она определяется не скоростью подвода тепла к поверхности, а скоростью перемещения влаги внутри материала и требуемым качеством сушки материала (отсутствием остаточных деформаций, сохранением вкусовых, питательных, биологических свойств и т. д.). Поэтому радиационный способ подвода тепла получил в настоящее время наиболее широкое применение для сушки тонких материалов, лакокрасочных покрытий, металлических и деревянных изделий, тканей, обоев, некоторых пищевых продуктов, литейных форм и подобных им изделий.

Особенно большое применение этот способ получил в автомобильной, авиационной и электротехнической, пищевой, текстильной, бумажной и других отраслях промышленности. Преимуществом терморадиационной сушки лакокрасочных покрытий и тонких материалов являются:

- компактность установки, позволяющая сократить производственные площади;

88