Принцип работы трубы сушилки

Обновлено: 08.05.2024

Предназначена для сушки кусковых и сыпучих материалов с влажностью более 2% - глины, песка, шлака, известняка, угля, а также для дегидратации гипсового камня. БС бывают прямоточные и противоточные.

Корпус БС выполнен в виде сварного стального цилиндра с двумя бандажами, каждый из которых опирается на пару роликов. Толщина стенки цилиндра - 10-14 мм, длина барабана 10-35 м, диаметр - 1,6-5 м, наклон - 2-4є, частота вращения 2-6 мин -1 . Барабан приводится во вращение от электродвигателя, через редуктор, подвенцовое и венцовое зубчатое колесо, насаженное на корпус барабана.

Влажный материал с размером кусков до 40 мм подается через точку 6 в верхний конец барабана, перемещается по нему в результате его наклона и вращения и выгружается через разгрузочную камеру. Отработанные дымовые газы идут на очистку в циклон.

БС имеет вспомогательное оборудование: топочную камеру с форсункой или горелкой, смесительную камеру с каналом для подсоса холодного воздуха, разгрузочную камеру, пылеулавливающее устройство для очистки отработанного сушильного агента и дымосос для создания движения газов. На торцах барабана установлены скользящие газоуплотняющие устройства для сокращения подсоса окружающего воздуха.

Для улучшения теплообмена, равномерного распределения сушильного агента и материала по сушильному пространству барабана внутри установлены различные теплообменные устройства.

Для сушки материалов, налипающих на стенки барабана, применяют лопастные или цепные теплообменные устройства. При сушке сыпучих материалов ячейково-секторные. Могут использоваться комбинации этих устройств по длине барабана.

При прямоточной тепловой схеме сушильный агент вводится с загрузочного конца барабана и движется вместе с материалом. При противоточной схеме сушильный агент подается с разгрузочного конца барабана и направляется навстречу движущемуся материалу. В производстве вяжущих веществ применяют обе схемы. При сушке материалов, чувствительных к тепловому воздействию, используют прямоток, т.к. при противотоке высушенный материал будет контактировать с сушильным агентом с максимальной температурой. Это относится к сушке глины, гипса, угля.

1) более интенсивная сушка и максимальный паросъем вследствие достижения высокой разности температур сушильного агента и материала в начале сушки, когда влажность материала максимальна и он легко сушится;
2) возможность сушки материалов, чувствительных к воздействию теплоты;
3) возможность более быстрого придания материалу подвижность к транспортированию.

1) повышенный пылеунос, что обуславливает нагрузку на аспирационную систему;
2) Больший расход топлива и ниже производительность по сравнению с противотоком.

1) расход топлива снижается на 10% за счет более полного использования теплоты;
2) повышение производительности сушилки на 25-30%;
3) за счет более равномерного распределения движущей силы процесса сушки (разности температур) его легче автоматизировать;
4) более низкий уровень пылеуноса за счет контакта дымовых газов на выходе с влажным материалом

Недостаток - невозможность использовать для сушки чувствительных материалов.

Температура сушильного агента при прямотоке на входе 900-1100єС, на выходе - 160-220єС; при противотоке на входе 700-850єС, на выходе - 120-140єС. Температура материала на выходе - 80-100єС.

БС характеризуются следующими технологическими показателями:

1) производительность - масса пропущенного за час материала. БС имеют производительность до 40 т/ч.
2) напряжение сушильного пространства по влаге - масса влаги, испаренной за 1 час в 1 м 3 сушильного пространства (кг/(м 3 ·ч)). Напряжение барабана по влаге зависит от рода сушильного материала, влажности и начальной температуры сушки. Для песка оно составляет 80-100 кг/(м 3 ·ч), для глины - 40-60 кг/(м 3 ·ч);
3) расход теплоты на 1 кг испаряемой влаги. В БС он составляет 3600-5400 кДж/кг.

1) высокая производительность;
2) надежность в работе;
3) возможность использования любого вида топлива;
4) легко автоматизируется.

1) высокие капитальные затраты и расход производственных площадей;
2) недостаточно равномерная сушка кусковых материалов;
3) высокий расход теплоты.

Пневматические сушилки предназначены для сушки мелкокусковых и сыпучих материалов (глины, песка, угля, торфа, гипса, известняка), с размером частиц до 20 мм. ПС являются сушилками конвективного типа. Существует много конструкций ПС, которые можно разделить на трубы - сушилки, в которых осуществляется только сушка, и сушильно-размольные агрегаты, где материал одновременно сушится и измельчается. В последнем случае имеет место совмещение трубы - сушилки и помольных установок.

Материал перемещается по трубе восходящем потоком теплоносителя за счет вентилятора. Движение газов и материала в данном случае прямоточное. Для транспортирование материала восходящим потоком газов скорость его движения должна быть на 20-25% выше критической. При критической скорости движения материала его частицы находятся во взвешенном состоянии, сила их тяжести компенсируется подъемной силой потока газов.

При скорости ниже критической материал выпадает из потока газов. Критическая скорость зависит от диаметра частиц, плотности материала и плотности газов при данной температуре.

Схема пневматической сушильной-радиальной установки

Перед подачей материала из бункера через питатель в трубу - сушилку материал размалывается до расчетного размера в шахтной, молотковой или реже шаровой мельнице. Шахтные мельницы не требуют установки специального сепаратора, т.к. сама шахта обладает сепарирующим действием и выделяет из потока газов крупные частицы материала. Для поддержания постоянной скорости газов по высоте шахты она может иметь вверху плавное сужение. Для совмещение помола и сушки теплоноситель из топки подается непосредственно в мельницу. При этом интенсивность сушки повышается за счет непрерывного разрушения подсыхающих поверхностных слоев материала при помоле и дополнительной тепловой энергии, в которую превращается механическая работа дробящих молотков или шаров. (Около 80% энергии привода превращается в тепловую).

В некоторых случаях совмещенная с измельчением сушка может происходить до заданной конечной влажности непосредственно в мельнице. Тогда сушильная труба может отсутствовать.

Экспериментальные данные по пневматической сушке показывают, что пневмосушилки тем экономичнее, чем мельче частицы материала и чем больше они содержат свободной влаги. Оптимальный размер частиц материала при сушке в трубах - до 10 мм, начальная температура газов не ниже 600°С, конечная - 100-150°С, концентрация материала - 0,5-1,5 кг/кг газа. Сушку выгодно вести при скоростях газа, незначительно превышающих скорость витания частиц.

Напряжение объема трубы по влаге 400-500 кг/м 3 ·ч, расход теплоты на 1 кг испаренной влаги - 4000-4500кДж/кг.

Преимущества ПС - компактность, большая скорость сушки, высокий уровень автоматизации, равномерность сушки, невысокий расход теплоты.

Недостатки - интенсивный износ трубопроводов, высокий расход электроэнергии, необходимость громоздкой аспирационной системы для очистки газов перед выбросом в атмосферу.

РС применяют для получения мелкодисперсного однородного порошка при сушке суспензий, эмульсий, шликера, шлама, пастообразных материалов с влажностью 30-50 %. Чаще всего применяется в производстве керамики. В производстве вяжущих веществ их применяют в качестве теплоутилизаторов вращающихся печей для сушки шлама, в т.ч. и мелового для получения кормового и строительного мела. Сушилка также конвективного типа.

Схема распылительной сушилки.

РС представляет собой башню с отношением высоты к диаметру 1,1-1,2. Высота башни достигает 15-25 м. Принцип действия РС в тонком распылении суспензии с помощью форсунок, преимущественно центробежных, в среде горячих газов. Распыление осуществляется до размера капель 0,5-1 мм. Благодаря большой удельной поверхности распыленного материала процесс испарения влаги происходит интенсивно. Сушка шламов в распылительных сушилках состоит из трех этапов: распыление исходного материала до капель с размером в несколько десятков микрометров; смешивание капель с теплоносителем; быстрое испарение влаги материала с выделением сухого материала в нижнюю часть сушильной камеры. РС отличаются способом распыления шлама. Оно осуществляется с помощью форсунок либо вращающихся дисков. Форсунки работают под давлением 1500-2000 кПа, диаметр сопла 3-8 мм. Струя шлама перед истечением закручивается вокруг оси сопла с помощью сопловых завихрителей.

При использовании вращающих дисков шлам поступает на диск через регулировочный клапан. Диск вращаются со скоростью 2500-8000 мин -1 . В бортовой стенке диска диаметром 200-250 мм установлено 8 сопел диаметром 13-15 мм. Шлам, проходящий через сопла, выталкивается из них центробежной силой с большой скоростью в виде струй из мельчайших капель.

Распыление шлама можно успешно применять только при хорошем измельчении сырьевой смеси для избежание засорения распыляющего устройства.

Форсунки и вращающиеся диски изготавливаются из легированных сталей вследствие абразивного действия шлама.

Особенностью теплообмена в таких сушилках является большая поверхность контакта сушильного агента и высушиваемого материала, что обеспечивает высокую интенсивность сушки. Время сушки составляет 2-5 с.

Топливо жидкое или газообразное. Температура теплоносителя на входе 600-1000°С, на выходе 110-120°С, удельный влагосъем - 5-10 кг/м 3 ·ч, расход теплоты на сушку - 3100-3300 кДж/кг испаренной влаги, производительность - 400-600 кг/ч по сухому порошку. Движение теплоносителя и материала может быть прямоточное, противоточное, смешанное.

- высокая интенсивность сушки;
- возможность получения мелкогранулированного продукта;

- большие габариты;
- повышенный расход электроэнергии на аспирацию. Из сушки может уносится до 50% всего материала.

Сушилки с кипящем слоем.

Сушилки с КС предназначены для сушки мелкодробленых материалов с приблизительно одинаковым размером частиц ( песка, гранулированного шлака, угля, гравня, щебня). В промышленности стройматериалов начинают получать широкое распространение.

При сушке материалов, склонных к агрегированию, кипение слоя осуществляется за счет принудительной вибрации. Такие сушилки называют сушилками виброкипящего слоя.

Используются одна- ,двух-, и трехкамерные сушилки периодического и непрерывного действия. Все они работают по принципу противотока.

Схема однокамерной сушилки с кипящем слоем непрерывного действия

Начальная температура теплоносителя может достигать 1000°С, температура решетки при этом - до 700°С.Температура отходящих газов 80 - 120°С, материала - до 100°С. Высота кипящего слоя - 0,7-0,75 м. Расход теплоты - 3400-6000 кДж/кг испаренной влаги. Объемное напряжение по влаге - 15-250 кг/м 3 ·ч, время сушки - до 10 мин, живое сечение решетки - 1,5-3%.

- высокая интенсивность сушки;
- простота, компактность;
- возможность одновременной классификации материалов;
- высокая производительность;
- возможность регулирование времени пребывания материала в сушилке.

- повышенный расход электроэнергии для создания кипящего слоя;
- повышенный удельный расход теплоты;
- неравномерность сушки.

Сушильно-размольные установки. Мельницы совмещенного помола и сушки

Шаровая сепараторная мельница.

Установки совмещенного помола и сушки используются в производстве вяжущих материалов в основном при получении гипсового вяжущего для его дегидратации. Температура теплоносителя составляет 400-700 °С в зависимости от скорости прохождения материала по длине мельницы. Движение газов обеспечивается за счет тяги, создаваемой дымососом. При движении газы увлекают частицы термообработанного гипса. Крупная фракция оседает в сепараторе и возвращается на домол. Готовый продукт с необходимым размером фракции выносится потоком теплоносителя из сепаратора и отделяется в циклонах.

В результате аспирации мельницы за счет движение теплоносителя пылевидные частицы удаляются из ее корпуса. Это приводит к увеличению производительности мельницы и уменьшению расхода энергии, т.к. пыль уже не покрывает не измельченные куски материала, не налипает на мелющие тела и не ослабляет силу их удара. Скорость дымовых газов составляет 0,5-0,7 м/с, расход - 5000-6000 м 3 /ч. При таких условиях из зоны помола удаляются частицы размером 0-20 мкм. Тонина помола регулируется изменением расхода (или скорости) пылегазового потока посредством открытия или закрытия шибера перед вентилятором , также поворотом лопаток сепаратора.

Барабанные мельницы выложенные изнутри броневыми плитами волнообразной формы, выполненными из марганцовистой стали. Между корпусом и плитами проложен слой листового асбеста для тепловой и звуковой изоляции.

Достоинства таких установок - упрощение технологического процесса.

Недостаток: неравномерность обжига в результате большой разницы в размерах частиц. Поэтому гипсовые вяжущие, получаемые в мельницах совместного помола и дегидратации, отличается повышенным содержанием растворимого ангидрита. Наряду с высокой тониной помола это обуславливает большую водопотребность и быстрые сроки схватывание.

В корпусе камерной сушилки расположены полки, на которых находится высушиваемый материал. Это установка периодического действия. Ниже уровня пола камера имеет три канала - два боковых для подачи сушильного агента и один средний для его отвода. Камеры соединяются в блоки по 20-30 штук. Сушильный агент через боковые каналы попадает в камеру и, т.к. он легче воздуха в рабочем объёме камеры, поднимается вверх до тех пор, пока его масса в процессе охлаждения не выравнивается с массой воздуха камеры. По пути движения нагретый сушильный агент отдаёт теплоту холодному материалу и начинает движение вниз, а затем через средний канал выбрасывается в атмосферу. Смешение восходящих и нисходящих потоков сушильного агента вызывает многократную циркуляцию и достаточно равномерную сушку изделий. Время сушки составляет 2 -3 суток. Расход теплоты 4200 - 6300 кДж/кг исп. влаги. В результате низкой интенсивности сушки такие установки вытесняются другими конструкциями.

Это установки непрерывного действия. Бывают прямоточными и противоточными. В промышленности вяжущих материалов используются для сушки гипсокартонных листов. Полочные вагонетки с изделиями передвигаются по рельсам с помощью толкателя. Туннельные сушилки также объединяются в блоки с одним фронтом загрузки и выгрузки. Длина одного туннеля составляет 24-38 м, ширина и высота 1,5-2 м. Сушильным агентом могут быть дымовые газы или нагретый в калорифере воздух.

Т.к. при сушке гипсовых изделий не допускается контакт горячего теплоносителя с изделиями в высушенном состоянии в виду опасности дегидратации, а также контакт сухих изделий с наиболее влажным отработанным сушильным агентом, то обычно используется прямоточно-противоточная схема. Подвод теплоносителя осуществляется на отметке 2/3 длины туннеля от загрузки изделий. При выходе поток разделяется на два. Один движется в одном направлении с изделиями в сторону выгрузки, второй - противотоком в сторону загрузки. Температура сушильного агента на входе 180-200 о С, на выходе 200-120 о С.

Типовые конструкции сушильного оборудования, выпускаемого заводами химического машиностроения [4249], могут быть классифицированы по различным признакам, в том числе: по виду высушиваемого материала в его исходном состоянии (крупногабаритные, дисперсные, пастообразные, жидкие); по режиму работы во времени (периодического или непрерывного действиия); по виду используемого теплоносителя (горячий воздух, топочные газы, перегретый водяной пар); по способу подвода теплоты к высушиваемому материалу и т. п. [12].

Помимо типовых отечественных сушилок эксплуатируется значительное количество сушильных аппаратов индивидуальной конструкции, разработанных отраслевыми НИИ, вузами, самими предприятиями или поставленных иностранными фирмами. Здесь рассмотрены сушильные аппараты, классифицируемые по способу подвода теплоты к высушиваемому материалу.

12.4.1. Конвективные сушилки

Это наиболее распространенный тип сушильных аппаратов, используемых для сушки самых разнообразных материалов в любом исходном состоянии. В качестве сушильного агента здесь могут быть использованы горячий воздух, топочные газы, реже перегретый водяной пар.

Камерные (полочные) сушилки представляют собой камеру, внутри которой материал в зависимости от его вида (крупногабаритные, сыпучие, пастообразные, жидкие материалы) располагается на полках, сетках, противнях или на подвижных вагонетках. Камерные сушилки универсальны, предельно просты, позволяют легко организовать рециркуляцию сушильного агента или иной, более сложный, индивидуальный режим сушки конкретного материала. Существует большое число схем и типов камерно-полочных сушилок, отличающихся способами загрузки и выгрузки материала и видом циркуляции сушильного агента.

Основной недостаток камерных сушилок состоит в периодичности их работы и, следовательно, в значительном расходе теплоты на прогрев конструкции после каждого цикла загрузкавыгрузка материала; в необходимости ручного труда; в неравномерности высушивания материала на верхних и нижних полках.

Как правило, камерные сушилки используются для периодической сушки относительно небольших количеств материалов, требующих длительного (до нескольких часов и более) высушивания для достижения низкого остаточного (конечного) влагосодержания.

Туннельные сушилки представляют собой протяженные (до 70 м ) камерные аппараты, в которых производится непрерывная сушка крупногабаритных влажных материалов, располагаемых на перемещающихся вдоль аппарата вагонетках. Туннельные сушилки обычно требуют промежуточного подогрева сушильного агента. Продолжительность сушки в таких аппаратах может достигать 200 ч.

В ленточных сушилках (рис. 12.4.1.1) имеется одна или несколько расположенных друг под другом транспортирующих лент, на которых высушиваемый (обычно дисперсный, сыпучий) материал располагают невысоким слоем. С верхнего траспортера сыпучий материал самостоятельно пересыпается на нижний. Транспортирующие ленты могут быть перфорированными (сетками), и тогда сушильный агент может фильтроваться поперек движущегося слоя дисперсного материала. В ленточных сушилках легко организуются прямоток, противоток (при наружном обдуве слоя материала), поперечный ток или какая-либо смешанная схема относительного движения сушильного агента и материала. При этом достигается равномерное высушивание всего материала, чему способствует перемешивание дисперсного материала при его пересыпании с верхней ленты на нижнюю. При необходимости легко организовать многозонную сушку.

Рис. 12.4.1.1. Схема ленточной сушилки
для пастообразных материалов:
Т перфорированные транспортные ленты; K калорифер

Для сушки пастообразных, формующихся материалов применяются вальцеленточные сушилки, в которых ленточной сушилке предшествуют формующе-подсушивающие вальцы. Вальцы своей рифленой наружной поверхностью формуют пасту в виде стерженьков обычно трапецеидального сечения, которые с помощью гребенки отделяются от вальца и непрерывно набрасываются на движущуюся ленту. Изнутри вальцы подогреваются насыщенным водяным паром, что обеспечивает некоторое предварительное подсушивание пасты и способствует ее формованию и отделению от наружной поверхности вальцов.

Основным недостатком сушилок ленточного типа является относительная громоздкость и невысокая производительность, отнесенная к единице объема аппарата.

Барабанные сушилки (рис. 12.4.1.2), применяемые для непрерывной сушки сыпучих материалов, представляют собой вращающийся цилиндрический барабан (диаметром до 5 м и длиной до 40 м ), устанавливаемый с небольшим (27°) наклоном к горизонту. Барабан медленно (58 мин 1 ) вращается, что способствует продольному перемещению и поперечному перемешиванию сыпучего материала, заполняющего внутренний объем барабана обычно на 1030 %. Лопасти на внутренней поверхности барабана и элементы насадки во всем его объеме увеличивают время падения частиц материала и улучшают условия обтекания каждой частицы потоком сушильного агента.

Рис. 12.4.1.2. Схема барабанной сушилки
для дисперсных материалов:
1 лопасти-черпаки; 2 элементы тормозящей насадки

При сушке материалов, обладающих адгезией к стальному барабану, на начальном участке движения влажного материала внутри барабана размещаются свободно перекатывающиеся металлические цепи, которые разрушают комки влажного материала и очищают внутреннюю поверхность барабанной сушилки.

Барабанные сушилки надежны в работе, обеспечивают глубокое высушивание сыпучих и малокомкующихся материалов при их прямоточном или противоточном движении с топочными газами (или с горячим воздухом), но и обладают повышенной металлоемкостью и громоздкостью шестеренчатого привода, обеспечивающего вращение барабана.

Шахтные сушилки (рис. 12.4.1.3) представляют собой вертикальную колонну, в которой влажный дисперсный материал под действием силы тяжести непрерывно опускается в нижнюю часть аппарата, откуда и выгружается с помощью питателя, обеспечивающего необходимую скорость нисходящего движения материала в аппарате. Через движущийся плотный слой материала непрерывно фильтруется сушильный агент, направление движения которого может быть различным: перекрестным, противоточным, прямоточным или комбинированным. Шахтные сушилки используются для крупнодисперсных, мелкопористых материалов типа дробленого угля, медленно отдающих влагу и потому требующих значительного времени сушки. К недостаткам шахтных сушилок относятся не слишком высокая интенсивность влагоудаления и неравномерность высушивания дисперсного материала, связанная с возможным образованием в движущемся слое застойных зон.

Рис. 12.4.1.3. Схема шахтной сушилки для сыпучих материалов:
1 сплошной слой опускающегося дисперсного материала

Рис. 12.4.1.4. Схема пневматической трубы-сушилки
для мелкодисперсных материалов:
1 калорифер; 2 циклон

В вертикальных пневматических сушилках (трубах-сушилках) (рис. 12.4.1.4) высушиваются мелкодисперсные материалы, сравнительно легко отдающие влагу за малое время пребывания частиц в рабочем объеме трубы. Для увеличения времени пребывания частиц свыше нескольких секунд на трубах-сушилках могут устанавливаться расширительные (аэрофонтанные) участки или внутри трубы размещаются тормозящие частицы вставки. В иных случаях используется последовательное по потоку материала соединение двух или более вертикальных труб-сушилок, располагаемых параллельно, что одновременно увеличивает число разгонных участков интенсивного внешнего тепломассообмена ускоряющихся частиц с потоком сушильного агента.

Малое количество высушиваемого материала, единовременно находящегося в рабочем объеме аппарата пневматических сушилок, позволяет относительно безопасно использовать их для сушки взрыво- и пожароопасных материалов. Относительно простая конструкция труб-сушилок позволяет создавать значительное разнообразие их вариантов [12, 22]. Основные недостатки пневматических сушилок это повышенные расходы сушильного агента и теплоты, эрозионный износ внутренних поверхностей при сушке твердых материалов и большая нагрузка на циклон (циклоны) ввиду необходимости выгрузки высушиваемого материала через циклон (циклоны).

Сушилки с псевдоожиженным слоем (см. рис. 12.3.5.1) дисперсного материала позволяют удерживать высушиваемый продукт в зоне его сушки сколь угодно долго и, следовательно, обеспечивать низкое значение среднего влагосодержания выгружаемого из аппарата дисперсного материала. В таких сушилках можно высушивать крупнодисперсные материалы с размерами частиц до 710 мм. Еще одно положительное свойство сушилок с ПС связано с интенсивным перемешиванием дисперсного материала в рабочем объеме аппарата, что позволяет использовать высокие начальные температуры сушильного агента (в некоторых случаях до 1000 °С) без опасности перегрева высушиваемого продукта.

Конструкции аппаратов с ПС весьма разнообразны, как различны и условия сушки конкретных материалов и отдельные элементы установок. Так, например, существуют многочисленные конструкции газораспределительных устройств, позволяющих ликвидировать нежелательные застойные зоны материала на поверхности горячей решетки. Все многообразие конструкций и схем установок с аппаратами ПС рассмотрены в [12, 22, 35 и др.].

Основные недостатки сушилок с ПС дисперсного материала связаны с малой внутренней гидродинамической устойчивостью самого ПС, что при недостаточно внимательной эксплуатации аппарата может приводить к образованию обширных зон слеживающегося (спекающегося) материала и прекращению процесса непрерывной работы установки; кроме того, интенсивное перемешивание материала в ПС приводит к неравномерной степени высушивания выгружаемого из аппарата дисперсного материала, его значительному истиранию и выносу пыли.

Сушильные аппараты с ПС могут использоваться в комбинации с другими аппаратами. При этом для удаления начальной, легко отдаваемой материалом влаги может использоваться аппарат с наиболее интенсивным режимом обтекания частиц (разгонный участок трубы-сушилки, сушилки со встречными закрученными потоками), а на второй ступени остаточную влагу удаляют в аппарате ПС, где обеспечивается необходимое время досушивания материала.

Конструкции аппаратов для пастообразных и жидких продуктов на собственных гранулах или на частицах инертного материала аналогичны аппаратам для сушки дисперсных материалов. Отличие здесь лишь в выгрузке части или всего продукта (при сушке на инертных частицах) с потоком сушильного агента через циклоны и фильтры. В качестве инертных псевдоожижаемых частиц диаметром несколько миллиметров и более используются легкие кусковые материалы, например речной песок, гравий, корунд, фторопластовая крошка, полые металлические шарики и т. п.

Рис. 12.4.1.5. Схема распылительной сушилки для жидких материалов:
1 диск-распылитель;
2 шнековое устройство для вызрузки сухого материала

Распылительные сушилки, предназначенные для высушивания жидких материалов (растворов, суспензий, жидких паст) до состояния сыпучего мелкодисперсного порошка, представляют собой вертикальные камеры обычно круглого сечения (рис. 12.4.1.5). Исходный влажный материал распыливается механическими, пневматическими или дисковыми распылителями в верхней части камеры, и мелкие капли (обычно средним размером 2040 мм) падают вниз, контактируя своею развитой поверхностью с сушильным агентом, подаваемым прямо- или противотоком по отношению
к нисходящему движению капель материала. Высушенный до состояния сухого порошка продукт оказывается на нижнем, коническом днище аппарата и медленно вращающимися скребками непрерывно выгружается из аппарата через центральный патрубок.

Распылительные сушилки относительно устойчивы в работе (при отсутствии засорения механических или пневматических форсунок) и позволяют получать высушиваемые материалы в виде однородного порошка. Недостатки таких сушилок в повышенных расходах сушильного агента и энергии, как на нагревание сушильного агента, так и на распыление исходного жидкого продукта. Габариты распылительных сушилок достигают десяти и более метров [12, 22, 36, 37].

Петлевые сушилки (рис. 12.4.1.6) предназначены для сушки пастообразных материалов, которые с помощью подогреваемых изнутри валков предварительно запрессовываются в сетчатую транспортирующую ленту и удерживаются на ее вертикальных участках силами адгезии. Для увеличения времени пребывания (сушки) влажного материала в объеме сушильной камеры гибкая лента с влажным материалом образует в камере вертикальные петли.

Рис. 12.4.1.6. Схема петлевой сушилки
для пастообразных материалов:
1 сетчатая лента; 2 вентиляторы;
3 прижимные вальцы; 4  ударное устройство;
5 направляющие ролики транпортера

Влажный материал в ячейках ленты с двух сторон (в направлении вдоль слоя материала и поперек ленты) обдувается сушильным агентом. Толщина слоя материала, равная толщине ячеистой ленты обычно не превышает 20 мм , что при двустороннем обдуве материала обеспечивает удельный объемный влагосъем, превышающий влагосъем камерных сушилок, в которых размещаемый в плоских кюветах пастообразный материал контактирует с сушильным агентом только с наружной стороны. Извлечение высушенного материала из ячеистой ленты производится с помощью ударного устройства. Раскрошенный сухой материал попадает в приемный бункер и выводится из него с помощью шнекового устройства.

Петлевые сушилки надежны в работе, но имеют относительно высокие расходы сушильного агента и теплоты и громоздкие вспомогательные устройства (обогреваемые изнутри валки, привод ленточного транспортера, ударное устройство и шнек для выгрузки сухого материала).

Разработанные в последнее время сушилки с активными гидродинамическими режимами (вихревые, спиральные, а также безуносные, со встречными закрученными потоками) подробно описываются авторами такого рода конструкций в [12, 51, 52].

В соответствии с многообразием высушиваемых материалов, их свойств и условий обработки, конструкции сушилок также очень разнообразны и отличаются:

по способу подвода теплоты (конвективные, контактные, радиационные, специальные);
по виду сушильного агента (воздушные, газовые, паровые)
по давлению в сушильной камере (атмосферные, вакуумные)
по способу организации процесса (периодические или непрерывного действия)
по состоянию слоя влажного материала в аппарате (с неподвижным, движущимся или взвешенным слоем).

Мы рассмотрим применяемые в различных производствах сушилки, которые объединены по способу подвода теплоты.

Конвективные сушильные установки

Необходимая для сушки 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 таким образом, 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 основном калорифере, а остальную теплоту получает в дополнительных калориферах, установленных в сушильной камере. В случае материалов, сушка которых требует (для предотвращения усадки) повышение влагосодержания теплоносителя и невысоких температур (например, древесина), применяют сушилки с рециркуляцией части отработанного воздуха, а также сушилки с промежуточным его подогревом между отдельными зонами и одновременной рециркуляцией. Для сушки пожаро- 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. Высушиваемый материал находится неподвижно на полках, установленных внутри сушильной камеры. Засасываемый вентилятором и нагретый в калориферах воздух проходит между полками над материалом. Сушилки работают периодически при атмосферном давлении и применяются в малотоннажных производствах для материалов с невысокой температурой сушки.

Туннельные сушилки - 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 сушки кирпича, керамических изделий, окрашенных и лакированных металлических поверхностей и т.п.

Ленточные сушилки обычно выполняют в виде многоярусного ленточного транспортера, по которому в камере, действующей при атмосферном давлении, непрерывно перемещается материал, постепенно пересыпаясь с верхней 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 перфорированной ленты. Эти сушилки компактнее, чем камерные и туннельные, и отличаются большей интенсивностью сушки. Область применения: сушка зернистых, гранулированных, крупнодисперсных и волокнистых материалов; непригодны для сушки тонкодисперсных пылящих материалов.

Барабанные сушилки распространены благодаря высокой производительности, простоте конструкции и возможности непрерывно сушить при атмосферном давлении мелкокусковые и сыпучие материалы (колчедан, уголь, фосфориты, минеральные соли и др.). Такая сушилка представляет собой установленный с небольшим наклоном к горизонту (угол наклона до 4°) цилиндрический барабан. Влажный материал через питатель поступает в барабан и равномерно распределяется по его сечению. Тесно соприкасаясь при пересыпании с сушильным агентом, например, топочными газами, 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/м 3 в час.

Сушилки со взвешенным слоем характеризуются высокими относительными скоростями движения фаз и развитой поверхностью контакта. Основные гидродинамические режимы работы: пневмотранспорт; закрученные потоки; псевдоожижение; фонтанирование. При существенном уменьшении в процессе сушки массы частиц дисперсного материала применяются режимы свободного фонтанирования и проходящего кипящего слоя. Среди этих сушилок наиболее распространены пневматические, вихревые камеры, аппараты с кипящим и фонтанирующим слоем, вибрационные.

Пневматические сушилки представляют собой одну или несколько последовательно соединенных труб одинаковой длины. 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 атмосферу. Для активизации режима сушки 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, надежность и простота конструкции.

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 верхнюю или 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, соотвующих 0,1-0,2 и 3-4 мм.

Сушилки с кипящим слоем бывают постоянного, расширяющегося, прямоугольного, а также круглого сечения. Работа таких аппаратов существенно зависит от конструкции газораспределительных решеток, через них снизу продувается предварительно нагретый сушильный агент. Используют одно- и многосекционные сушилки. Сушилки с кипящим слоем обеспечивают большую равномерность высушивания материала. Аппараты с КС позволяют обрабатывать разнообразные сыпучие материалы; сушка паст, суспензий и растворов возможна в кипящем слое инертных частиц.

Сушилки с фонтанирующим слоем - используются для сушки плохо псевдоожижаемых зернистых материалов с более крупными частицами, чем в аппаратах с кипящим слоем. В этих сушилках создастся режим фонтана, в ядре которого частицы материала движутся вверх в режиме пневмотранспорта, а на периферии медленно сползают вниз.

Вибрационные сушилки бывают с виброаэрокипящим или с виброкипящим слоем. В первом случае материал ожижается благодаря воздействию вибраций и потока газа, поступающего через перфорированное 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 сушки слипающихся и комкующихся дисперсных материалов.

Сушилки с виброкипящим слоем - главным образом для досушки материалов или сушки материалов с хорошими сыпучими свойствами.

Распылительные сушилки имеют цилиндрические или цилиндроконические камеры. В них вязкие жидкие (молоко, кровь, альбумин и т. д.) и текучие пастообразные материалы распыляются в поток горячего сушильного агента механическими и пневматическими форсунками, а также вращающимися с окружной скоростью 100-200 м/с центробежными дисками. 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/(м 3 /ч)]; конструктивно сложные и дорогие в эксплуатации распыливающие и пылеулавливающие устройства.

Контактные сушилки: теплота, требуемая для сушки, передается теплопроводностью от нагретой поверхности, с которой соприкасается высушиваемый материал. Такие сушилки работают под вакуумом или атмосферным давлением. Применение вакуумных сушилок (несмотря на более высокую стоимость и сложность по сравнению с атмосферными сушилками) позволяет обрабатывать чувствительные к высоким температурам, а также токсичные и взрывоопасные вещества, получать продукты повышенной чистоты, улавливать пары неводных растворителей, удаляемых из материалов.

Радиационные сушилки: использование ИК излучения и СВЧ значительно увеличивает скорость сушки благодаря подводу к влажному материалу большого количества теплоты. Эти сушилки компактны и эффективны. Различаются глубиной проникновения излучения внутрь высушиваемого материала. СВЧ технологии являются самыми эффективными при сушке продуктов до низких значений влажности. ИК излучение используется для обработки поверхностей, обладающих большим коэффициентом поглощения лучистого потока. Радиационные сушилки широко применяются в различных отраслях народного хозяйства. Комбинируются с конвективными сушилками всех видов.

Специальные сушильные установки

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 сушку применяют для изделий из пластмасс и резины, фарфоровых изоляторов и иных материалов, обладающих диэлектрическими свойствами. Высокочастотные (диэлектрические) сушилки позволяют быстро и равномерно осуществлять сушку. 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 основная 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 - сушкой (при 30-45°С). Теплота, необходимая для сушки, подводится к материалу от нагретых поверхностей или радиацией от нагретых экранов. Эти сушилки имеют высокую стоимость и сложны в эксплуатации, однако отличаются незначительным расходом теплоты (2,1-2,3 кДж/кг), позволяют сохранить биологические свойства высушиваемых пищевых продуктов и медицинских 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 акустического поля с уровнем интенсивности 145 дБ. По сравнению с конвективной ультразвуковая сушка позволяет в несколько раз ускорить удаление влаги из материала без существенного повышения температуры, что особенно важно при обработке легко окисляющихся и термочувствительных продуктов. Однако из-за высокой стоимости акустической энергии, обусловленной, в частности, низким кпд излучателей (20-25%), ультразвуковую сушку применяют ограниченно, главным образом в производстве мелкодисперсных фармацевтических средств и биологически активных веществ (напр., антибиотики, гормональные препараты).

Выбор сушилок зависит от ряда факторов. К ним относятся, в первую очередь, свойства высушиваемого материала, а именно:

время сушки
агрегатное состояние
допускаемая температура нагрева
взрыво - и пожароопасность
токсичность, усадка, загрязнение и др.

Кроме того, необходимо принимать во внимание требования к равномерности сушки и к системе пылеулавливания и т. д.

Ужесточение требований к охране окружающей среды, необходимость экономии энерго- и трудоресурсов обусловливает совершенствование техники сушки. Особое внимание следует уделять развитию и внедрению в производство следующих направлений:

12.4.1. Конвективные сушилки

Рис. 12.4.1.3. Схема шахтной сушилки для сыпучих материалов:
1 сплошной слой опускающегося дисперсного материала

Рис. 12.4.1.4. Схема пневматической трубы-сушилки
для мелкодисперсных материалов:
1 калорифер; 2 циклон

Читайте также: