8.7.6. Сушилки с кипящим (псевдоожиженным) слоем
Являются одним из прогрессивных типов аппарата для сушки. Процесс в кипящем слое позволяет значительно увеличить поверхность контакта между частицами материала и сушильным агентом, интенсифицировать испарение влаги из материала и сократить продолжительность сушки до нескольких минут. Сушилки с кипящим слоем успешно применяются в химической технологии для сушки сильно сыпучих зернистых материалов (минеральные и органические соли), материалов, подверженных комкованию (сульфат аммония, полиэтилен и т.д.), пастообразных материалов (анилиновые красители), растворов, расплавов и суспензий.
Наиболее распространены однокамерные сушилки непрерывного действия. Высушиваемый материал подается из бункера 1 питателем 2 в слой материала, «кипящего» на газораспределительной решетке 3 в камере 4 сушилки. Сушильный агент – горячий воздух или топочные газы, разбавленные воздухом, который подается в смесительную камеру 5 вентилятором 6, проходит с заданной скоростью через отверстия решетки 3 и поддерживает на ней материал в «кипящем» (псевдоожиженном) состоянии. Высушенный материал ссыпается через штуцер 7 несколько выше решетки 3 и удаляется транспортером 8. Отработанные газы очищаются от унесенной пыли в циклоне 9 и батарейном пылеуловителе 10, после чего выбрасываются в атмосферу.
В сушилках такого типа с цилиндрическим корпусом наблюдается значительная неравномерность сушки, обусловленная тем, что при интенсивном перемешивании в слое время пребывания отдельных частиц существенно отличается от его средней величины. Поэтому применяют сушилки с расширяющимся кверху сечением, например коническим. Скорость газа внизу камеры должна превышать скорость осаждения самых крупных частиц, а вверху – быть меньше скорости осаждения самых мелких частиц. При такой форме камеры достигается более организованная циркуляция твердых частиц, которые поднимаются в центре, и опускаются в виде менее разреженной фазы у периферии аппарата. Благодаря снижению скорости газа по мере их подъема улучшается распределение частиц по крупности и уменьшается унос пыли. Это, в свою очередь, повышает равномерность нагрева, снижает температуру нагрева частиц и позволяет уменьшить высоту камеры.
Многокамерные сушилки состоят из двух и более камер, через которые последовательно движется высушиваемый материал. Камеры располагаются или рядом или одна над другой.
В двухкамерной сушилке НИИхиммаша, применяемой для высушивания полимерных материалов, горячий воздух с большой скоростью (60 – 70 м/с) подается через отверстия решетки, расположенной в нижней части каждой камеры. Материал поступает в верхнюю камеру 1, подсушивается в ней и пересыпается в нижнюю камеру 2, из которой удаляется высушенный материал. Воздух подается в каждую камеру отдельно и отводится из камер в общий коллектор для очистки от пыли, после чего выбрасывается в атмосферу. Над решеткой верхней камеры установлен механический разрыхлитель 3 для комкующегося высушенного материала.
Многокамерные сушилки более сложны по конструкции и в обслуживании, чем однокамерные, требуют больших удельных расходов сушильного агента и электроэнергии. Кроме того, процесс в них сложнее поддается автоматизации. Применение многокамерных сушилок целесообразно лишь для материалов со значительным сопротивлением внутренней диффузии влаги, требующих длительной сушки, а также для материалов, нуждающихся в регулировании температурного режима сушки во избежание перегрева. В них удобно совмещать процессы сушки и охлаждения материала.
Для материалов, мало чувствительных к нагреву, применяют двух и трех секционные ступенчато-противоточные сушилки с кипящим слоем. За счет противотока материала и сушильного агента достигается более высокая степень насыщения газа влагой, но высушенный материал соприкасается с наиболее горячим теплоносителем, Для регулирования температуры нагрева в слой материала в секциях помещают змеевики. В таких сушилках выгрузка высушенного материала производится над слоем через переточные патрубки.
Чтобы избежать чрезмерного увеличения гидравлического сопротивления, высоту кипящего слоя в сушилках непрерывного действия поддерживают в пределах 400 – 700 мм в зависимости от свойств высушиваемого материала.
Для сушки небольших количеств различных продуктов применяют периодически действующие сушилки с «кипящим» слоем. В этих аппаратах эффективно используют подачу сушильного агента импульсами, вызывающими кратковременное псевдоожижение материала. Так равномерно сушат материалы, склонные к слипанию, и кристаллические материалы без значительного истирания частиц.
В определенных условиях значения напряжения сушилки по влаге при сушке некоторых продуктов в промышленных непрерывно действующих сушилках с «кипящим» слоем достигают 1250 кг/(м3 ч). При рациональном аппаратурном оформлении процесса достигается сушка с высоким влагосъемом с единицы объема сушильной камеры, поэтому сушилки с «кипящим» слоем вытесняют барабанные и другие менее эффективные.