69

з). Выполнить компоновку сушильной установки и произвести аэродинамический расчет ее с последующим выбором тягодутьевых устройств и прочего вспомогательного оборудования (например, пылеуловители, распыливающие устройства, горелочные устройства).

Принципиальное отличие при проектировании конвективных сушилок (распылительных, барабанных, с кипящим слоем) заключается в определении геометрических размеров сушильной камеры. Остальные стадии расчета практически выполняются по одним и тем же методикам.

4.3 Проектирование сушилки с кипящим слоем

Для сушки твердых дисперсных материалов в химической, калийной, угольной, пищевой промышленности, в промышленности строительных материалов, медпрепаратов, металлургии и др. конкуренцию барабанным, пневмо- и аэрофонтанным сушилкам составляют сушилки с кипящим слоем (рисунок 4.1).

в дымовую трубу

to, do воздух

Рисунок 4.1 – Принципиальная схема сушильной установки с

кипящим слоем 1 – топка; 2 – смесительная камера; 3 – газораспределительная

решетка; 4 – слой материала; 5 – сушильная камера; 6 – питательное устройство; 7 – приемное устройство; 8 – циклон

Процесс сушки в кипящем (взвешенном, псевдоожиженном) состоянии заключается в продувке газа (или воздуха) как сушильного агента через слой материала, находящегося на газораспределительной решетке, с такой скоростью,

70

при которой слой вспучивается, высота его постепенно увеличивается, и частицы приходят в беспорядочное движение, оставаясь в основном в сушильной камере. Загрузка и разгрузка камеры осуществляется непрерывно. Камера может иметь круглое, прямоугольное или квадратное сечение. Для предотвращения значительного уноса частиц материала камеру выполняют расширяющейся кверху. Газы из сушильной камеры направляются в пылеулавливающие аппараты, а затем дымососом в дымовую трубу. Топки сушилок с кипящим слоем могут работать как под давлением, так и под разрежением.

Если в качестве сушильного агента выбирается воздух, то вместо топки устанавливается калорифер.

Достоинствами сушки материалов во взвешенно состоянии являются:

−высокая интенсивность сушки (сотни килограммов влаги на 1 м3 объема сушилки в час);

−почти одинаковая и относительно легко регулируемая температура высушиваемого материала в слое, что гарантирует равномерную сушку;

−возможность регулирования времени пребывания материала в сушилке.

Вкачестве недостатков данного способа сушки следует отметить:

−большие расходы электроэнергии для создания значительных напоров, необходимых для «кипения» слоя (300…500 мм вод. ст. – сопротивление решетки, слоя и очистных сооружений);

−измельчение (истирание) частиц материала в сушилке.

Время пребывания материала в сушилках с кипящим слоем обычно порядка нескольких минут.

Расход сушильного агента для сушилки с кипящим слоем определяется традиционно по влагосъему:

71

где d1 и d2 - влагосодержание сушильного агента до и после сушильной

камеры (определяется по I,d – диаграмме).

С другой стороны расход газа (воздуха, дыма) должен быть таким, чтобы для данной геометрии сушильной камеры, размера частиц материала и его плотности – слой закипел.

Введем понятие скорости витания частиц материала. Если в пространство (например, в трубу), где газ или воздух находится в спокойном состоянии (υг =0 ), ввести небольшую частицу материала, она будет падать с постоянно

уменьшающимся ускорением вследствие сопротивления, оказываемого газом. В некоторый момент времени ускорение частицы становится равным нулю, и далее она падает с постоянной скоростью, называемой скоростью витания

υвит.

Если газ движется вверх, имея ту же скорость υг = υвит, то частица будет находиться в покое (относительно стенок трубы). Если скорость газа υг > υвит ,

то частица движется относительно трубы вверх со скоростью υг −υвит . В нис-

ходящем потоке скорость частицы равна υг + υвит и частица движется вниз.

В пневматических сушилках υг > υвит материал поднимается по трубе

вверх восходящим потоком сушильного агента. Высота трубы определяется временем сушки материала. Частицы материала и сушильный агент–носитель выходят вместе из тубы, а далее отделяются друг от друга.

В сушилках с кипящим слоем частицы не уносятся из камеры (за исключением мелких, составляющих унос). Уходит только сушильный агент.

4.3.1 Параметры кипящего слоя

Кипящий слой характеризуется следующими параметрами.

а) Аэродинамика кипящего слоя

(начало псевдоожижения); ε =1 соответствует уносу (υг ≥ υвит).

Оптимальная (рабочая) порозность слоя 0,55 ≤ ε ≤ 0,75 .

Критическую (при ε =0,4 ) и рабочую (при 0,55 ≤ ε ≤ 0,75 ) скорости сушильного агента можно определить, пользуясь зависимостью критерия Лященко (Ly) от критерия Архимеда (Ar) при различной порозности слоя ε .

Критерий Архимеда

рость газов (сушильного агента) на полное сечение газораспределительной решетки

74

Рисунок 4.3 - Номограмма Ly = f (Ar, ε)

где W - часовой расход испаренной из материала влаги, кг/ч. Диаметр решетки

б) Распределение температуры в кипящем слое

Изменение температуры сушильного агента от t1 до t2 происходит в слое, непосредственно прилегающем к решетке и называемом слоем гидродинамической стабилизации hст (рисунок 4.4), высота которого определяется диаметром отверстий решетки dотв по формуле

75

H

Рисунок 4.4 – Распределение температуры в кипящем слое

Диаметр отверстий газораспределительной решетки выбирают из ряда нормализованных размеров: 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,2; 3,6; 4,0; 4,5; 5,0; 5,6 мм.

На основании опыта эксплуатации аппаратов с псевдоожиженным слоем установлено, что высота кипящего слоя

Высоту сепарационного пространства принимают в 4…6 раз больше высоты кипящего слоя:

Общая высота сушильной камеры (над газораспределительной решеткой)

Методика определения геометрических размеров барабанной сушилки приводится в [2, 4], пневмотранспортной (трубы-сушилки) – в [4].