химический каталог




СУШКА

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

СУШКА, удаление жидкости (чаще всего влаги-воды, реже иных жидкостей, например летучих органическое растворителей) из веществ и материалов тепловыми способами. Осуществляется путем испарения жидкости и отвода образовавшихся паров при подводе к высушиваемому материалу теплоты, чаще всего с помощью так называемой сушильных агентов (нагретый воздух, топочные газы и их смеси с воздухом, инертные газы, перегретый пар). СУШКА подвергают влажные тела: твердые-коллоидные, зернистые, порошкообразные, кусковые, гранулированные, листовые, тканые и др. (эта группа высушиваемых материалов наиболее распространена); пастообразные; жидкие-суспензии, эмульсии, растворы; о СУШКА газов и газовых смесей см. Газов осушка.

Цель СУШКА, широко применяемой в производствах химико-лесного комплекса, с. х-ве, пищевой, строит. материалов, кожевенной, легкой и др. отраслях народного хозяйства,-улучшение качества веществ и материалов, подготовка их к переработке, использованию, транспортированию и хранению. Данный процесс часто является последней технол. операцией, предшествующей выпуску готового продукта. При этом жидкость предварительно удаляют более дешевыми механические способами, окончательно-тепловыми.

Естественную СУШКА на открытом воздухе из-за значительной продолжительности используют крайне редко и главным образом в районах с теплым климатом. В химический производствах применяют, как правило, искусственную СУШКА, проводимую в спец. сушильных установках, в состав которых входят: сушильный аппарат, или сушилка, где непосредственно протекает процесс; вспомогат. оборудование-теплообменные аппара ты (калориферы), тяго-дутьевое устройство (вентилятор, воздуходувка) и система пылеочистки (см. Пылеулавливание) соответственно для нагревания сушильного агента, пропускания его через сушилку и отделения от высушенного продукта.

По способу подвода теплоты к влажному телу различают следующей виды СУШКА: конвективную (в потоке нагретого сушильного агента, выполняющего одновременно функции теплоносителя и влагоносителя- транспортирующей среды, в к-рую переходит удаляемая влага, и в ряде случаев способствующего созданию необходимой гидродинамич. обстановки); контактную (при соприкосновении тела с нагретой поверхностью); диэлектрическую (токами высокой частоты); сублимационную (вымораживанием в вакууме; см. также Сублимация); радиационную (ИК излучением); акустическую (с помощью ультразвука). В народном хозяйстве используют преимущественно первые два вида, в химический производствах-конвективную. Остальные виды применяют весьма редко и называют обычно специальными видами СУШКА

При любом виде СУШКА ее влажный объект находится в контакте с влажным газом (в основные с воздухом). Поэтому знание их параметров необходимо при описании процессов СУШКА и их расчетах. Осн. параметры: влажного тела-влагосодержание и (отношение массы влаги к массе абс. сухой части); влажного газа-температура t, влагосодержание x (отношение массы паров к массе абс. сухой части), относит. влажность f (отношение массы пара в данном объеме к массе насыщ. пара в том же объеме при одинаковых условиях), удельная энтальпия I, равная сумме удельная энтальпий абс. сухой части и паров (см. также Влажность), росы точка, температура мокрого термометра (температура адиабатич. насыщения).

Статика сушки Под cтатикой СУШКА обычно понимают, состояние термо-динамич. равновесия в системе влажное тело-газ, а также материальный и тепловой балансы сушилок в установившемся режиме работы. Исследования указанного, равновесия важны для определения форм связи влаги с материалом и его внутр. структуры, а также движущей силы СУШКА

Формы связи влаги с материалом в значительной степени определяют механизм и скорость СУШКА: чем эта связь прочнее, тем труднее протекает процесс. При СУШКА связь влаги с материалом нарушается. Различают следующей формы связи (в порядке убывания ее энергии): химическую, физико-химическую, механическую.

Химически связанная влага (гидратная, или кристаллизационная, влага комплексных соединений) соединена с материалом наиболее прочно и при СУШКА обычно удаляется частично или вообще не удаляется.

Физ.-химический связь объединяет адсорбционную и осмотическую влагу (например, в Коллоидных и полимерных материалах). Адсорбционно связанная влага прочно удерживается силами межмол. взаимодействие на поверхности пор материала в виде монослоя или несколько слоев (см. Адсорбция). Осмотически связанная влага находится внутри и между клеток материала и менее прочно удерживается осмотич. силами (см. Осмос). Влага этих видов связи с трудом удаляется при СУШКА

Механическая, или капиллярно связанная, влага подразделяется на влагу макрокапилляров (радиус более 10-7 мм) и микрокапилляров (менее 10-7 мм). Влага макрокапилляров наим. прочно связана с материалом и может быть удалена не только при СУШКА, но и механически.

Применительно к СУШКА влагу классифицируют в более широком смысле на свободную (легко удаляемую) и связанную (адсорбционную, осмотич., микрокапилляров). Скорость испарения свободной влаги из материала равна скорости испарения воды со свободный поверхности жидкости. Связанная влага испаряется из материала с меньшей скоростью, чем с поверхности воды. Расчет сушилок необходимо проводить с учетом энергии связи влаги с материалом. Суммарный расход теплоты на СУШКА:


где Qисп- теплота парообразования, расходуемая на испарение свободный влаги; Qсв- теплота, расходуемая на преодоление связи влаги с материалом.

Изотермы сорбции-десорбция. Их изучение-один из наиболее распространенных методов исследования термодинамическое равновесия в системе влажное тело-газ. Эти изотермы зависят от формы связи влаги с материалом, его структуры и свойств. В состоянии равновесия при t = const определенному значению относит. влажности воздуха fp соответствует вполне определенное равновесное влагосодержание материала uр. Изотермы сорбции и десорбции представляют собой зависимости uр =f(fp).

Линии постоянных температур (t = const) вместе с линиями постоянных влагосодержания (х = const), относит. влажности (f = const) и энтальпии (I = const) влажного воздуха наносят на психрометрия, диаграмму I — x (см. Газов увлажнение), с помощью которой обычно изучают СУШКА и связанные с ней нагревание, охлаждение, увлажнение и смешение воздуха разных параметров.

Варианты конвективной сушки и их изображение на I-x-диаграмме. При определенном сочетании параметров сушильного агента (t и f) и скорости его движения относительно материала достигается соответствующий режим СУШКА Кроме этих факторов на него влияет также давление, если оно значительно отклоняется от атмосферного (вакуум-С.). Для обеспечения заданных режимов СУШКА чаще всего используют следующей ее варианты: 1) основной, или нормальный,-сушильный агент однократно нагревается в калорифере до требуемой температуры и поступает в сушилку, из которой выбрасывается в атмосферу; 2) с рециркуляцией отработанного сушильного агента-часть его из сушилки возвращается в калорифер (на его вход или выход), где смешивается со свежим воздухом; 3) с промежуточным подогревом сушильного агента в несколько калориферах; сначала он нагревается в первом калорифере, затем контактирует с высушиваемым материалом в первой части сушилки, снова нагревается во втором калорифере, соприкасается с материалом во второй части сушилки и т.д.; 4) с ретуром сухого продукта-часть его возвращается в сушилку для досушки, а также для придания влажному материалу на входе в аппарат необходимой сыпучести.

Осн. вариант СУШКА изображен на рис. 1,а: точки А, В и С соответствуют состоянию воздуха перед калорифером, за ним и на выходе из сушилки; вертикальный отрезок АВ (х = x0) отвечает нагреву воздуха в калорифере, линия ВС- процессу СУШКА Вариант с рециркуляцией части сушильного агента изображен на рис. 1,5; линия AM соответствует смешению перед калорифером атмосферного и части отработанного воздуха (рецикла), вертикальный отрезок МB-нагреву воздуха в калорифере, линия ВС-процессу СУШКА На этом рис. процессу СУШКА в основном варианте (без рецикла) отвечает линия AB"C. По сравнению с ним вариант с рециклом отличают большее влагосодержание воздуха, менее высокие температура (режим СУШКА мягче) и расход энергии на нагрев воздуха.

Материальный и терловой балансы позволяют находить параметры, необходимые для расчета сушилоколо Материальный баланс составляют как по всему кол-ву материала, так и по одному из компонентов СУШКА-массе абсолютно сухого вещества или массе влаги, содержащейся в высушиваемом материале; в результате определяют расход сушильного агента и количество испаренной влаги.

Тепловой баланс. Согласно закону сохранения энергии, приход в к.-л. сушилку теплоты равен ее расходу. В случае конвективной СУШКА теплота вносится в сушилку с нагретым в калорифере (топке) сушильным агентом, влажным материалом, находящейся в нем жидкостью и транспортными устройствами (вагонетки и др.); удаляется теплота с отработанным теплоносителем, высушенным материалом и транспортными устройствами; часть теплоты безвозвратно теряется в окружающую среду; из этого баланса находят общий расход теплоты на СУШКА В случае контактной СУШКА из теплового баланса находят расход водяного пара, теплота икоторого затрачивается на нагрев высушиваемого материала, испарение жидкости и компенсацию потерь теплоты.


Рис. 1. Изображение на I-х-диаграмме вариантов сушки: а-основного; б- с рециркуляцией сушильного агента (хнас, xсм-влагосодержания насыщ. воздуха в смеси свежего воздуха с частью отработанного).

Тесло- и массоперенос при сушке Закономерности СУШКА определяются совместным влиянием одновременно протекающих тепло- и массопереноса. В соответствии с их уравениями в ходе СУШКА система влажное тело-газ стремится к фазовому равновесию, при котором наблюдается равенство химический потенциалов жидкости и ее пара.

По достижении указанного равновесия СУШКА прекращается. Следовательно, СУШКА-существенно неравновесный процесс, движущей силой которого является разность химический потенциалов. Последние определяются через градиенты параметров материальных потоков, участвующих в СУШКА Например, при конвективной СУШКА движущую силу можно выразить разностью: парциальных давлений Dp=pм—pпм-давление паров влаги у поверхности материала, рп- парциальное давление водяных паров в воздухе); влагосодержаний Dx = хнас — x (хнас-влагосодержание воздуха, насыщ. водяными парами вблизи поверхности материала, x-влагосодержание ненасыщенные воздуха); температур Dq = qсqМ (qс-температура среды, окружающей материал, qм-температура поверхности влажного материала, принимаемая равной температуре мокрого термометра) и т.д. Поскольку на входе в сушилку и выходе из нее значения Dp, Dx и Dq будут различны, в расчетах используют среднюю движущую силу СУШКА

Различают обычно внешний и внутр. перенос влаги и теплоты. Внеш. перенос (тепло- и массообмен) происходит между влажным телом и сушильным агентом и характеризуется коэффициент тепло- и массоотдачи, для которых известны многочисленные эмпирическая корреляции; внутр. перенос-движение влаги во внутр. слоях материала.

Динамика СУШКА Для описания внутр. тепло- и массопереноса во влажном теле нужно рассматривать нестационарные поля температур и влагосодержаний, т. е. зависимости q = q (c, т) и и=и(x, т), где х-радиус-вектор точки пространства (в любой точке рабочего пространства сушильной камеры влагосодержание x изменяется как во времени т, так и с изменением местоположения рассматриваемой точки). Такие поля находят решением на ЭВМ сложной системы фено-менологич. уравений с кинетическая коэффициентами, или коэффициент переноса Кik (см. также Переноса процессы):


где K11 = D-коэффициент диффузии; K12 = Dd (d-термоградиентный коэффициент, характеризующий степень влияния температуры на поток влаги в высушиваемом теле); К13 = Кф.п./rтф.п. -коэффициент фильтрац. переноса влаги, отражающий степень влияния давления на поток влаги в материале, rт-его плотность); К21 = QиспED/Cвл [Е-критерий фазового превращения, определяемый отношением потока пара во влажном теле к суммарному потоку влаги в виде жидкости и пара (ОE1; если перемещаемая влага-жидкость, Е = 0, если-пар, то Е= 1); С -удельная теплоемкость влажного материала]; К22 = а -коэффициент температуропроводности; К23 = = EQиспD-1 x K"ф.п.вл (К"ф.п. -относит. коэффициент фильтрац. переноса влаги, характеризующий влияние давления на поток теплоты в теле через поток влаги); K31 = — ED/Ceе-коэффициент тепло- или массоемкости влажного газа в пористом теле); К32 = -ED/Ce; К33 = Кф.п./Сеrт - EDKф.п./Ce.

Рис. 2. Кривые кинетики: а-кривые сушки(т) и нагрева влажного материала(т); б-кривые скорости сушки для материалов тонколистовых пористых (1), коллоидных (2), капиллярно-пористых (3), керамических (4), некоторых полимерных (5).

Система (8) справедлива при постоянстве коэффициент переноса, т.е. лишь для отдельных зон сушильного аппарата.

Кинетика СУШКА отражает изменения во времени средних по объему высушиваемого материала его влагосодержанияи температуры. Знание кинетики СУШКА позволяет рассчитать время тс СУШКА материала от начального (uн) до конечного (uк) влагосо-держаний. На рис. 2, а изображены кривая называют кривой СУШКА, и кривая нагрева телаПоскольку при СУШКА влагосодержакие в каждой точке влажного материала стремится к равновесному uр, кривая u(т) стремится к горизонтальной асимптоте . Что касается кривой нагрева материала, то температура всех его точек чаще всего в начальный момент одинакова и равна qн; если температура среды равна qс, то именно к этому равновесному значению стремится температура. Поэтому

В общем случае кривая СУШКА состоит из нескольких участков, соответствующих различные периодам процесса: кривая АВ-периоду прогрева материала, кривая ВС- периоду постоянной скорости (I период продолжительностью тI), кривая CD-периоду падающей скорости (II период продолжительностью тII). В период прогрева теплота, подводимая к материалу, расходуется на его нагрев от нач. температуры qн до температуры мокрого термометра q , а также на испарение влаги; в этот период скорость СУШКА обычно возрастает от куля до постоянной ее скорости N в I период; продолжительность периода прогрева, как правило, незначительна по сравнению с другими периодами.

При q = qм.т. I период описывается уравением (знак минус указывает на уменьшение u) или после дифференцирования:


где -начальное значение u при т = 0 (-конечное значение в период прогрева; если он мал, то). Выражению (9) соответствует время СУШКА в I период;


где uкр -критической влагосодержание в конце этого периода. Скорость СУШКА в данный период определяется скоростью подвода теплоты к материалу:


где a-коэффициент теплоотдачи от сушильного агента к материалу; fуд = F/Gс.м.; F-межфазная поверхность; Gс.м.-масса сухого материала.

Физически I период заканчивается при удалении из материала свободный влаги (и = икр); во II периоде начинается удаление связанной влаги. Для расчета uкр используют ряд корреляций, однако на практике его определяют экспериментально.

Скорость СУШКА во II периоде часто аппроксимируют уравением, учитывающим приближениек ир:


где Кс-коэффициент СУШКА, зависящий от ее режима и свойств материала. Этот параметр часто представляют в виде: Кc = xN, где x-относит. коэффициент СУШКА, определяемый главным образом свойствами материала. Уравнению (12) соответствует выражение для времени СУШКА материала во II периоде при изменении влагосодержания от uр до uк:


Процесс СУШКА (особенно во II периоде) удобно изображать в координатах {[du/dт], u} (рис. 2,б). В них зависимость (12) изображается прямой линией. Для ряда материалов кинетика СУШКА в этих координатах имеет более сложный вид.

При пренебрежении продолжительностью периода про-грева влажного материала необходимое время его СУШКА определится равенством:


В последнее время разработан новый метод расчета СУШКА Было экспериментально установлено, что для одного и того же материала при разных режимах СУШКА и одинаковом uн величина Nт определяется лишь текущим влагосодержанием . Поэтому в координатахкривая СУШКА не зависит от ее режима. Т. обр., если опытным путем построить такую кривую, называют обобщенной кривой СУШКА, для одного режима, можно, зная N [из уравения (11)], построить соответствующие кривые для др. режимов. Выведено единое кинетическое уравнение для описания сразу всех периодов СУШКА:


где М-масса материала, приходящаяся на единицу его поверхности; Коб, А, В -параметры кривой, причем А = ирА + DA и В = иpB + DВ; и А и ирВ-начальная (соответствует f = 1 при неизменных условиях СУШКА) и конечная равновесные влажности материала; DА и DВ-поправки, определяемые кинетикой СУШКА Параметр Коб по аналогии с аппроксимацией (12) можно представить в виде: Коб = x"N", где коэффициент x" зависит только от свойств материала, а N"-модуль скорости СУШКА в точке перегиба кривой СУШКА, т.е. макс. скорость процесса, которая определяется в основные его режимом. Предполагая, что в момент макс. скорости СУШКА вся теплота, подводимая к материалу, расходуется на испарение влаги, по аналогии с выражением (11) находят уравение: N" = [afуд(qс - qм)]/Qисп. Согласно равенству (15), необходимое время СУШКА определяется выражением:


Промышленные сушилки В соответствии с многообразием высушиваемых материалов, их свойств и условий обработки конструкции сушилок также очень разнообразны и отличаются: по способу подвода теплоты (конвективные, контактные, специальные); по виду сушильного агента (воздушные, газовые, паровые); по давлению в сушильной камере (атмосферные, вакуумные); по способу организации процесса (периодической или непрерывного действия); по взаимному направлению движения высушиваемого материала и сушильного агента (в конвективных аппаратах-прямоток, противоток, перекрестный ток); по состоянию слоя влажного материала в аппарате (с неподвижным, движущимся или взвешенным слоем). Ниже рассмотрены применяемые в химических производствах сушилки, которые объединены по способу подвода теплоты.

Конвективные сушилки. Необходимая для СУШКА теплота обычно доставляется нагретым воздухом, топочными газами либо их смесью с воздухом. Если не допускается соприкосновение высушиваемого материала с кислородом воздуха или если пары удаляемой влаги огнеопасны, сушильными агентами служат инертные газы (азот, СО2 и др.) либо перегретый водяной пар. В простейшем случае сушильный процесс осуществляется т. обр., что сушильный агент, нагретый до температуры, предельно допустимой для высушиваемого материала, однократно используется в аппарате. Для термолабильных материалов (например, полиэтилена) сушильный агент только частично подогревается в основные калорифере, а остальную теплоту получает в дополнительной калориферах, установленных в сушильной камере. В случае материалов, СУШКА которых требует (для предотвращения усадки) повыш. влагосодержания теплоносителя и невысоких температур (например, древесина, формованные керамич. изделия), применяют сушилки с рециркуляцией части отработанного воздуха, а также сушилки с промежуточным его подогревом между отдельными зонами и одновременной рециркуляцией. Для СУШКА огне- и взрывоопасных материалов или при удалении из высушиваемых материалов ценных продуктов (углеводороды, спирты, эфиры и др.) используют сушилки с замкнутой циркуляцией потока инертных газов либо воздуха.

Камерные сушилки. В них высушиваемый материал находится неподвижно на полках, установленных в одной или несколько сушильных камерах. Засасываемый вентилятором и нагретый в калориферах воздух проходит между полками над материалом. Сушилки работают периодически при атм. давлении и применяются в малотоннажных производствах для материалов с невысокой температурой СУШКА (например, красители).

Туннельные сушилки (рис. 3)-камерные сушилки непрерывного действия. Представляют собой длинные (типа коридора) камеры, внутри которых по рельсам перемещаются тележки (вагонетки) с лежащим на лотках или противнях высушиваемым материалом. Нагретый воздух обтекает лотки прямо- или противотоком; возможна рециркуляция воздуха. Эти сушилки используют для СУШКА кирпича, керамич. изделий, окрашенных и лакированных металлич. поверхностей, пищевая продуктов и т.п.


Рис. 3. Туннельная сушилка: 1-камера (коридор); 2-вагонетки; 3-вентиляторы; 4-калориферы.

Ленточные сушилки (рис. 4) обычно выполняют в виде многоярусного ленточного транспортера, по которому в камере, действующей при атм. давлении, непрерывно перемещается материал, постепенно пересыпаясь с верх. ленты на нижележащие (скорость каждой ленты 0,1-1 м/мин). Сушильный агент может двигаться со скоростью не более 1,5 м/с прямо- или противотоком, а также сквозь слой материала при наличии перфорир. ленты. Эти сушилки компактнее, чем камерные и туннельные, и отличаются большей интенсивностью СУШКА, однако также сложны в обслуживании из-за необходимости ручного труда, перекосов и растяжений лент. Область применения-С. зернистых, гранулир., крупнодисперсных и волокнистых материалов; непригодны для СУШКА тонкодисперсных пылящих материалов. Для СУШКА последних используют ленточные сушилки с формующими питателями, например рифлеными вальцами (вальце-ленточные СУШКА).

Рис. 4. Ленточная сушилка: 1-камера; 2, 6-загрузочный и разгрузочный бункеры; 3 - ленточный транспортер; 4 - калорифер; 5- вентилятор.

Для обезвоживания пастообразных и листовых (например, бумаги) материалов иногда служат непрерывно действующие при атм. давлении петлевые сушилки (рис. 5)-разновидность ленточных сушилоколо Влажный материал с помощью питателя подается на бесконечную сетчатую ленту, вдавливается в ее ячейки, проходя через обогреваемые паром валки, после чего поступает в сушильную камеру, где движущаяся сетка образует ряд петель. Посредством автоматич. ударного устройства высушенный материал сбрасывается в разгрузочный шнек. Горячий сушильный агент движется поперек ленты. Такие сушилки обычно работают с промежуточным подогревом воздуха, частичной рециркуляцией его по зонам и обеспечивают большую скорость СУШКА по сравнению с камерными сушилками, но конструктивно сложны и требуют значительной эксплуатационных расходов.


Рис. 5. Петлевая сушилка: 1-питатель; 2-лента; 3-валки; 4-автоматич. ударное устройство; 5-разгрузочный шнек; 6-вентиляторы.

Барабанные сушилки (рис. 6) распространены благодаря высокой производительности, простоте конструкции и возможности непрерывно сушить при атм. давлении мелкокусковые и сыпучие материалы (колчедан, уголь, фосфориты, минеральных соли и др.). Такая сушилка представляет собой установленный с небольшим наклоном к горизонту (угол a до 4°) цилиндрич. барабан с бандажами. Последние при вращении барабана (с помощью зубчатого колеса от электропривода) с частотой 5-6 мин:1 катятся по опорным роликам; осевое смещение барабана предотвращается опорно-упорными роликами. Влажный материал через питатель поступает в барабан и равномерно распределяется по его сечению размещенными внутри насадками. Тесно соприкасаясь при пересыпании с сушильным агентом, например топочными газами (возможен также контактный подвод теплоты через спец. трубчатую насадку), материал высушивается и движется к разгрузочному отверстию в приемном бункере. Газы поступают из примыкающей к барабану топки и просасываются прямотоком через него вентилятором со скоростью 0,5-4,5 м/с; для улавливания из газов пыли между барабаном и вентилятором установлен циклон. Напряжение рабочего объема барабана по испаренной влаге достигает 200 кг/(м3-ч).


Рис. 6. Барабанная сушилка: 1-барабан; 2-питатель; 3-бандажи; 4-зубчатое колесо; 5 - вентилятор; 6-циклон; 7-приемный бункер; 8-топка.

Сушилки со взвешенным слоем характеризуются высокими относит. скоростями движения фаз и развитой поверхностью контакта. Осн. гидродинамич. режимы работы: пневмотранспорт (см. также Пневмо- и гидротранспорт); закрученные потоки; псевдоожижение; фонтанирование. При существ. уменьшении в процессе СУШКА массы частиц дисперсного материала применяются режимы свободный фонтанирования и проходящего кипящего слоя. Среди этих сушилок наиболее распространены пневматические, вихревые камеры, аппараты с кипящим и фонтанирующим слоем, вибрационные.

Пневматич. сушилки (рис. 7) представляют собой одну или несколько последовательно соединенных вертикальных труб длиной 15-20 м. В них через питатель подается влажный материал и вентилятором снизу нагнетается воздух, нагретый в калорифере. Материал увлекается потоком воздуха, движущимся со скоростью 15-25 м/с. В циклоне сухой материал отделяется от воздуха и удаляется через разгрузочное устройство; воздух через фильтр выводится в ат мосферу. Для активизации режима СУШКА в трубы-сушилки вставляют турбулизаторы (расширители, отклоняющие пластины, завихрители и т.п.). Вследствие кратковременности контакта (1-5 с) такие сушилки пригодны для обработки термически нестойких материалов даже при высокой температуре сушильного агента; их отличают также компактность, простота конструкции, но одновременно повыш. расходы электроэнергии и теплоты (до 8,4 кДж/кг влаги).

Вихревые сушильные камеры-наиболее интересные представители аппаратов с закрученными потоками сушильного агента. Эти камеры представляют собой дисковые аппараты, напоминающие центробежный вентилятор с тангенциальным подводом теплоносителя. Влажный сыпучий или волокнистый материал загружается питателем через боковую часть камеры и под действием газовых струй закручивается, образуя в аппарате кольцевой вращающийся слой. Скорость истечения газа 50-80 м/с, время пребывания в камере материала 10-20 с и 2-3 мин для частиц размером соответственно 0,1-0,2 и 3-4 мм.

Рис. 7. Пневматическая сушилка: 1-бункер; 2-питатель; 3-труба; 4-вентилятор; 5-калорифер; 6-сборник-амортизатор; 7-циклон; 8-разгрузочное устройство; 9- фильтр.


Рис. 8. Сушилки с кипящим слоем: а, б-односекционные соответственно с ненаправленным и направленным движением материалов (в первом случае-термостойких, во втором-трудно высыхающих, для которых необходима высокая равномерность сушки); в, г - многосекционные соответственно с расположением секций одна над другой и разделением их перегородками (для термочувствительный материалов, свойства которых сильно изменяются при сушке); пунктирные линии-газораспределит. решетки.

Сушилки с кипящим слоем (КС, рис. 8) бывают постоянного, расширяющегося, прямоугольного, а также круглого сечения (в последних меньше вероятность образования застойных зон). Работа таких аппаратов существенно зависит от конструкции газораспределит. решеток, до к-рым перемещается материал и которые может быть плоскими, выгнутыми, выпуклыми, с отверстиями различные конфигурации; через них снизу продувается предварительно нагретый сушильный агент [объемный коэффициент теплоотдачи 6-12 кВт/(м•К)]. Используют одно- и многосекционные сушилки. В односек" ционных аппаратах, применяемых часто для удаления поверхностной влаги (удельная влагосъем достигает 1000 кг с 1 м2 решетки), вследствие близости по гидродинамике к аппаратам идеального смешения наблюдается значительной разброс времен пребывания частиц материала, что приводит к неравномерности СУШКА; многосекционные сушилки обеспечивают большую равномерность высушивания материала. Аппараты с КС позволяют обрабатывать разнообразные сыпучие материалы; СУШКА паст, суспензий и растворов возможна в кипящем слое инертных частиц (на их нагретой поверхности).

Сушилки с фонтанирующим слоем-цилиндро-конические, а также вытянутые (в виде желоба) аппараты. В этих сушилках создастся режим фонтана, в ядре которого частицы материала движутся вверх в режиме пневмотранспорта, а на периферии медленно сползают вниз. Область применения-С. плохо псевдоожижаемых зернистых материалов с более крупными частицами, чем в аппаратах с КС.

Вибрационные сушилки бывают с виброаэрокипящим или с виброкипящим слоем. В первом случае материал ожижает-ся благодаря воздействию вибраций и потока газа, поступающего Через перфорир. днище, во втором-только за счет вибраций. Частота и амплитуда последних обычно 20-60 Гц и 2-10 мм.

Сушилки с виброаэрокипящим слоем используют для СУШКА слипающихся и комкующихся дисперсных материалов, сушилки с виброкипящим слоем-главным образом для досушки материалов или СУШКА материалов с хорошими сыпучими свойствами.


Рис. 9. Сушилки с форсуночным (а, б) и дисковым (в, г) распылепием материалов: I - центральный закрученный подвод сушильного агента (прямоточный аппарат); II-равномерное распределение газов по сечению через решетку; III-равномерная подача газов над факелом распыла по всему сечению камеры; IV-сосредоточенная подача газов под корень факела распыла.

Распылительные сушилки (рис. 9) имеют цилиндрич. или цилиндро-конич. камеры. В них вязкие жидкие (молоко, кровь, альбумин и т. д.) и текучие пастообразные материалы распыляются в поток горячего сушильного агента механические и пневматич. форсунками, а также вращающимися с окружной скоростью 100-200 м/с центробежными дисками (расход энергии на распыление 1 т материала составляет соответственно 2-4, 50-70 и 50-100 кВт•ч). При СУШКА в распыленном состоянии материала, движущегося прямо- или противотоком, а также смешанным током с нагретым сушильным агентом, благодаря большой удельная поверхности испарения влаги процесс завершается в течение 15-30 с. Производительность сушилок по испаренной влаге 10-20000 кг/ч. Недостатки: громоздкость из-за относительно низкого напряжения рабочего объема сушильной камеры по влаге [до 25 кг/(м3•ч)]; конструктивно сложные и дорогие в эксплуатации распыли-вающие и пылеулавливающие устройства.

Контактные сушилки. Теплота, требуемая для СУШКА, передается теплопроводностью от нагретой поверхности, с которой соприкасается высушиваемый материал. Такие сушилки работают под вакуумом или атм. давлением. Применение вакуумных сушилок, несмотря на их более высокую стоимость и сложность по сравнению с атм. сушилками, позволяет обрабатывать чувствительные к высоким температурам, а также токсичные и взрывоопасные вещества, получать продукты повыш. чистоты, улавливать пары неводных растворите-лей, удаляемых из материалов.

Вакуум-сушильные шкафы (рис. 10)-простейшие контактные сушилки периодической действия. Такая сушилка представляет собой цилиндрич. камеру, в которой размещены полые плиты, обогреваемые водяным паром или горячей водой. Материал слоем толщиной до 60 мм находится на противнях, установленных на плитах; напряжение их рабочей поверхности обычно не превышает 0,5-3,5 кг/(м2 • ч) влаги. Во время работы камера герметически закрыта и соединена с вакуум-конденсац. системой и вакуум-насосом. Эти сушилки имеют небольшую производительность и малоэффективны, поскольку СУШКА в них происходит в неподвижном слое при наличии плохо проводящих теплоту воздушных прослоек между противнями и плитами; материал загружается и выгружается вручную. Однако шкафы универсальны, так как обеспечивают возможность СУШКА разных материалов (в том числе легко окисляющихся и выделяющих ценные пары) при оптим. условиях.

Рис. 10. Вакуум-сушильный шкаф: 1-ка мера; 2-полые плиты.


Рис. 11. Гребковая вакуум-сушилка: 1-корпус; 2-рубашка; 3-вал с гребками; 4-трубы-скалки.

Гребковые вакуум-сушилки (рис. 11) представляют собой горизонтальные периодически действующие аппараты с цилиндрич. корпусом, снабженным паровой рубашкой. Дисперсный материал (например, краситель), заполняющий 20-30% объема аппарата, хорошо перемешивается гребками, закрепленными на валу мешалки, имеющей реверсивный привод, который автоматически изменяет направление ее вращения с частотой 6-10 мин-1. Между гребками свободно перекатываются трубы-скалки, способствующие разрушению комков и дополнительной перемешиванию материала. Последний можно нагревать также через вал мешалки, если он выполнен полым. Разгрузка и выгрузка материала механизированы. Напряжение поверхности сушилок по влаге 6-8кг/(м2•ч).

Вальцовые сушилки (рис. 12) предназначены для непрерывной атмосферной или вакуумной СУШКА вязких, жидких и пастообразных материалов (красители, пектиновый клей, молоко и т.п.). Осн. элементы-обогреваемые водяным паром полые вальцы, вращающиеся с частотой 1-13 мин-1; сушилки может быть одно- и двухвальцовые. Материал смачивает поверхность вальцов и высушивается в тонком слое; толщина сухой пленки, снимаемой спец. ножами, составляет 0,1-1,0 мм. Расход пара по испаряемой влаге 1,2-1,6 кг/кг, напряжение поверхности вальцов по влаге для атмосферных и вакуумных сушилок соответственно 13-15 и 25-70 кг/(м2•ч).


Рис. 12. Вальцовые вакуум-сушилки: а-одновальцовая; б-двухвальцовая; 1-корпус; 2-полый барабан (валец); 3-корыто; 4-распределит. валик; 5-нож; 6-шнек; 7-приемный колпак; 8-сборник; 9-вальцы; 10-наклонная стенка,

Специальные сушилки. В использующих ИК излучение (l = 0,77-344 мкм) терморадиационных, или просто радиационных, сушилках достигается высокая скорость СУШКА благодаря подводу к влажному материалу большого количества теплоты. Ее генераторами служат устанавливаемые над поверхностью высушиваемого материала (обычно перемещаемого транспортером) спец. электрич. лампы с зеркальными отражателями либо керамич. и металлич. экраны, обогреваемые горячими газами. Эти сушилки компактны и эффективны для обработки обладающих большим коэффициент поглощения лучистого потока тонколистовых материалов и окрашенных поверхностей (например, лакокрасочные покрытия, ткани, бумага и др.).

Для высушивания толстостенных материалов, когда требуется их быстрый прогрев во всем объеме, в ряде случаев эффективна СУШКА в поле токов высокой или сверхвысокой частоты. Такую СУШКА применяют для изделий из пластмасс и резины, фарфоровых изоляторов и иных материалов, обладающих диэлектрическая свойствами. Высокочастотные (диэлектрические) сушилки позволяют быстро и равномерно осуществлять СУШКА Однако их использование ограничено из-за дорогостоящего оборудования, большого расхода электроэнергии (до 5 кВт • ч на 1 кг испаряемой влаги) и необходимости соблюдать особые меры техники безопасности;

В сублимационных сушилках основные часть влаги (до 85%) удаляется в замороженном состоянии под глубоким вакуумом (остаточное давление 5-330 Па) при температуре 0°С; остальная влага испаряется тепловой вакуум-С. (при 30-45 °С). Теплота, необходимая для С, подводится к материалу от нагретых поверхностей или радиацией от нагретых экранов. Эти сушилки громоздки и сложны в эксплуатации, однако отличаются незначительной расходом теплоты (2,1-2,3 кДж/кг) и позволяют сохранить биологическое свойства высушиваемых пищевая продуктов и мед. препаратов (антибиотики, плазма крови и т.д.).

Акустические сушилки отличаются от обыкновенных конвективных, как правило, наличием излучателей ультразвуковых колебаний, источником энергии которых служит кинетическая энергия газовой струи. Благодаря этим излучателям высушиваемый материал подвергается со стороны газовой струи воздействию акустич. поля с уровнем интенсивности 145 дБ. По сравнению с конвективной ультразвуковая СУШКА позволяет в несколько раз ускорить удаление влаги из материала без существ. повышения температуры, что особенно важно при обработке легко окисляющихся и термочувствительный продуктов. Однако из-за высокой стоимости акустич. энергии, обусловленной, в частности, низким кпд излучателей (20-25%), ультразвуковую СУШКА применяют ограниченно, главным образом в производстве мелкодисперсных фармацевтич. средств и биологически активных веществ (например, антибиотики, гормональные препараты).

Выбор сушилок зависит от ряда факторов. К ним относятся: время СУШКА, агрегатное состояние, допускаемая температура нагрева, взрыво- и пожароопасность, токсичность, усадка, загрязнение и др. свойства высушиваемого материала; требования к равномерности СУШКА; требования к системе пылеулавливания и т. д. При выборе следует отдавать предпочтение сушилкам непрерывного действия; СУШКА топочными газами экономичнее воздушной СУШКА, однако не всегда возможна из-за загрязнения материала. Если при взаимодействии высушиваемого материала с влагой не образуется кислая или щелочная среда, сушилки, чаще крупногабаритные, следует выполнять из обыкновенной стали, в противном случае-из нержавеющей стали, иногда из титана.

Выбор сушилок связан с проблемой классификации материалов. В настоящее время разрабатывается такая классификация, которая позволила бы быстро оценивать кинетику и выбирать наиболее рациональный тип сушилки. Пример-классификация капиллярно-пористых материалов. В соответствии с ней влажные материалы дифференцируют по внутр. структуре, а за ее характеристику принимают критической диаметр пор dкр, т.е. диаметр наиболее тонких пор, из которых требуется удалить влагу до достижения конечного влаго-содержания; параметр dкр позволяет оценить тс и выбрать экономически целесообразный сушильный аппарат.

Расчет сушилок обычно проводят в следующей последовательности: составляют материальный баланс и определяют количество испаренной влаги (если нужно, по зонам); составляют тепловой баланс и находят требуемые количество теплоты, расходы топлива, пара, сушильного агента и т. д.; исходя из эмпирическая коэффициент тепло- и массообмена или удельная напряжений на единицу объема аппарата или поверхности (греющей или решетки) находят размеры сушильной камеры, а также необходимое число сушилок; анализируют эффективность сушильной установки: степень совершенства сушилки как теплового агрегата можно оценивать энергетич. кпд, который определяется как отношение полезно используемой энергии ко всей затраченной; изменение при СУШКА качества энергии сушильного агента учитывает эксергетич. кпд-отношение полезно использованной эксергии к затраченной (см. Эксергетический анализ).

Совершенствование техники СУШКА в химический производствах обусловлено ужесточением требований к охране окружающей среды, необходимостью экономии энергоресурсов и улучшения обслуживания сушильных установоколо Реализуются следующей направления: 1) применение технологий, при которых на СУШКА поступают наиболее подготовленные к ней материалы (например, тонкодисперсные, с широкими порами и т. п.); 2) разработка типовых сушилок, пригодных для СУШКА больших групп материалов; 3) создание оптим. гидродинамики в сушильных аппаратах; 4) рациональное совмещение подготовит. стадий механические обезвоживания (см. выше), выпаривания (для сгущения жидкой фазы), предварит. перегрева растворов (при распылит. высушивании) и собственно СУШКА; 5) развитие нетрадиционных способов СУШКА-ИК и УФ излучением, высокочастотной, СВЧ и акустической, со сбросом давления (в материале происходят самовскипание и частичный механические вынос влаги), перегретым паром (его теплоемкость больше теплоемкости воздуха, поэтому к материалу подводится большее количество теплоты), с использованием ПАВ (они ослабляют связь влаги с материалом); 6) применение комбинир. сушилок-с конвективным и контактным подводом теплоты, а также сочетающих СУШКА с другими процессами (измельчением, гранулированием, химический реакциями и т. д.); 7) использование экологически рациональных сушилок - безуносных (С. происходит одновременно с улавливанием готового продукта, например в сушилках со встречными закрученными потоками), с организацией процесса т. обр., чтобы на пылеочистку поступало меньшее количество крупнодисперсного материала, а также с макс. утилизацией теплоты отработанного сушильного агента.

Сушка в лабораторных условиях

В лабораторная практике применяют в основные те же методы и сушилки, что и при пром. СУШКА Исследования механизмов, периодического и непрерывного режимов СУШКА веществ и материалов, особенностей их поведения и свойств сушильных агентов, отработку гидродинамики и конструкций сушильных аппаратов проводят на опытных установках, моделирующих пром. сушилки.

Для высушивания веществ, устойчивых к нагреванию, используют работающие при атм. давлении сушильные шкафы следующей типов: медные или асбестовые с газовым либо иным обогревом; медные с водяной рубашкой и газовым обогревом; электрические-со спиральными и др. проволочными нагреват. элементами; с терморегулятором и сигнальной лампой; с автоматич. регулировкой обогрева; для быстрого высушивания горячим воздухом.

Для СУШКА веществ, легко разлагающихся при нагревании до 100°С, применяют вакуум-сушильные шкафы, снабженные рубашкой для жидкого теплоносителя, с газовым либо электрич. обогревом. Для осторожного и быстрого высушивания многие осадков удобно пользоваться металлич. штативами с укрепленными на них рефлекторами, которые снабжены лампами ИК излучения или обычными электролампами мощностью не менее 200 Вт. Применяют также так называемой карусельные инфракрасные сушилки, позволяющие высушивать одновременно несколько образцов, и т.д. Для высушивания химический посуды используют спец. сушилки, в которых воздух нагревается в металлич. змеевике, либо сушильные шкафы (при 80-100°С). Возможна СУШКА веществ и посуды на открытом воздухе.

Кроме тепловых применяют также др. методы обезвоживания: путем химический связывания влаги веществами (например, металлич. Na, CaC2), не взаимодействующими с осушаемыми жидкостями; поглощением из твердых тел и жидкостей паров воды гигроскопич. веществами (например, СаСl2, конц. H2SO4); твердыми адсорбентами с высокой удельная поверхностью, например цеолитами, поглощающими влагу из жидкостей (так называемой лиофильное высушивание); СУШКА сублимированием и др. Твердые вещества (легко взрывающиеся) сушат в струе инертного газа (например, азота или гелия, иногда СО2). Обезвоживание веществ и высушивание посуды можно проводить в эксикаторах (обыкновенных и вакуумных) и на открытом воздухе.

Литература: Лыков А. В., Тепломассообмен. Справочник, под ред. В. В. Красникова, М., 1978; Романков П. Г., Рашковская Н.Б., Сушка во взвешенном состоянии, 3 изд., Л., 1979; Сажин Б. СУШКА, Основы техники сушки, М., 1984; Расчеты аппаратов кипящего слоя. Справочник, под ред. И. П. Мухленова, Б. СУШКА Сажина, В.Ф.Фролова, Л., 1986; Долинский А. А., Малецкая К. Д., Шморгун В. В., Кинетика и технология сушки распылением, К., 1987; Фролов В.Ф., Моделирование сушки дисперсных материалов, Л., 1987; Мушта-ев В. И., Ульянов В. М., Сушка дисперсных материалов, М., 1988; Сушильные аппараты и установки. Каталог НИИХИММАШ, М., 1988; Сажин Б. СУШКА, Реутский В. А., Сушка и промывка текстильных материалов: теория и расчет процессов, М., 1990. Б. СУШКА Сажин, Б. П. Лукачсвский.


Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
постановление 890 фз о предоставлении бесплатных лекарств
медцентр на баррикадной
флажковый замок
световые короба стоимость

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(27.06.2017)