5.2 Типовые конструкции сушилок

Применяемые в химической промышленности типы сушилок можно классифицировать по технологическим признакам: давлению (атмосферные, вакуумные), периодичности процесса, способу подвода тепла (конвективные, контактные, радиационные, с нагревом токами высокой частоты), по роду сушильного агента (воздушные, газовые, сушилки на перегретом паре), направлениям движения материала и сушильного агента (прямоточные и противоточные), способу обслуживания, схеме циркуляции сушильного агента, тепловой схеме и т.д.

Выбор типа сушилки зависит от химических свойств материала. Так, при сушке материалов с органическими растворителями используют герметичные аппараты и сушку обычно проводят под вакуумом; при сушке окисляющихся материалов применяют продувку инертными газами; при сушке жидких суспензий используют распыливание материала Конструкции сушилок весьма разнообразны и выбор их определяется технологическими особенностями производства.

Камерные сушилки

В таких аппаратах сушка производится периодически при атмосферном давлении. Сушилки имеют одну или несколько прямоугольных камер, в которых материал, находящийся на вагонетках или полках, сушится в неподвижном состоянии. Камеры загружают и выгружают через дверь, причем вагонетки перемещают вручную или при помощи лебедок.

Камерные сушилки обладают существенными недостатками, к числу которых относятся: 1) большая продолжительность сушки, т.к. слой высушиваемого материала неподвижен; 2) неравномерность сушки; 3) потери тепла при загрузке и выгрузке камер; 4) трудные и негигиеничные условия обслуживания и контроля процесса; 5) сравнительно большой расход энергии из-за недостаточной полноты использования тепла сушильного агента (особенно в конечный период сушки).

Разновидностью камерных сушилок является шкафная воздушно-циркуляционная сушилка (рисунок 31), работающая с промежуточным подогревом и рециркуляцией части воздуха. Нагретый в воздухоподогревателе 7 воздух подается вентилятором 6 в нижнюю часть камеры 3 сушилки и проходит в горизонтальном направлении (слева направо) между противнями с высушиваемым материалом, установленными на вагонетках 1. Затем воздух проходит в воздухонагреватель 4 и движется через среднюю часть камеры в противоположном на- правлении (справа налево). В третий раз воздух нагревается в воздухонагревателе 4, после чего проходит направо через верхнюю часть камеры и удаляется из сушилки. Таким образом, воздух в сушилке движется зигзагообразно через три зоны, дважды нагреваясь и дважды меняя направление своего движения в камере. Часть отработанного воздуха возвращают в сушилку, регулируя его количество при помощи шибера 11.

1 - вагонетки; 2 - сушильная камера; 3 - корпус; 4, 7 - воздухоподогреватели; 5 - воздуховод; 6 - вентилятор; 8 - сетка; 9 - вход воздуха; 10 - выход воздуха; 11 - шибер.

Рисунок 31 - Шкафная воздушно-циркуляционная сушилка.

Работа по такой схеме улучшает использование тепла воздуха. Однако, сушилке описанной конструкции присущи все другие недостатки камерных сушилок, связанные с периодичностью их действия, ручным обслуживанием и сушкой материала в неподвижном слое.

Барабанные сушилки

Наиболее широкое распространение получили барабанные сушилки (рисунок 32) отличающиеся высокой производительностью. В качестве сушильного агента в них используют воздух и дымовые газы. В этих аппаратах сушке подвергают соли, топливо, пасты; их используют в производствах соды, удобрений, ядохимикатов.

1 - барабан; 2 - разгрузочная камера; 3 - опорная станция; 4 - привод; 5 - зубчатый венец; 6 - упорная станция; 7 - уплотнение; 8 - загрузочная камера; 9 - бандаж; 10 - кожух.

Рисунок 32 - Барабанная сушилка.

Сушилка представляет собой цилиндрический барабан 1, к которому крепятся бандажи 9, опирающиеся на опорные и опорно-упорные ролики 6. Вращение барабану передается от электродвигателя через редуктор 4 и зубчатый венец 5, закрытый кожухом 10. Мощность двигателя от 1 до 40 кВт. Частота вращения барабана 1  8 об/мин. Размеры корпусов сушилки нормализованы. Так, по нормали машиностроения МН 2106-61 установлены следующие диаметры барабанов: 1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,2; 2,5; 2,8; 3,2 м. Длина барабана зависит от диаметра и составляет 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 22 м. Обычное отношение длины L барабана к диаметру D должно быть

, (5.1)

Высушиваемый материал подается в приемную камеру 8 и поступает на приемно-винтовую насадку, а с нее - на основную насадку. Лопасти насадки поднимают и сбрасывают материал при вращении барабана. Барабан установлен под углом к горизонту до 6^о; высушиваемый продукт передвигается к выгрузочной камере 2 и при этом продувается сушильным агентом. Между вращающимся барабаном и неподвижной камерой установлено уплотнительное устройство 7. Выбор типа насадки зависит от материала. Для крупных кусков и налипающего материала применяют лопастную систему насадки, для сыпучих материалов - распределительную, для пылеобразующих материалов - перевалочную с закрытыми ячейками. Барабан заполняют материалом обычно до 20%. Коэффициент заполнения барабана, т.е. отношение площади сечения барабана, заполненного материалом, к площади поперечного сечения барабана

, (5.2)

Обычно и зависит от типа насадки и вида высушиваемого материала.

Пневматическая сушилка (труба-сушилка) представляет собой вертикальную трубу постоянного сечения длиной 10  20 м. В один конец трубы (обычно в нижнюю часть) подается влажный материал из бункера питателем. Он подхватывается горячим газом и на проходе через сушилку высушивается. Из трубы газ со взвешенными в нем частицами поступает в циклон для улавливания высушенного продукта. Исследования показали, что в циклон-аппаратах эффективно продолжается сушка. Это позволяет уменьшить длину сушилки. Из трубы должно быть удалено столько влаги, чтобы предупредить налипание материала на стенки циклона.

Скорость газа в трубе должна быть больше скорости витания (скорости осаждения частиц). Она выбирается в зависимости от размера и плотности частиц от 10 до 35 м/с. Поэтому пребывание материала в сушилке кратковременно, т.к. в трубе-сушилке газ и материал движутся в одном направлении (прямотоком), такая сушилка эффективна для удаления поверхностной влаги (первый период сушки). Вследствие кратковременности сушки допустимы повышенные температуры теплоносителя даже для термочувствительных продуктов. Простота трубы-сушилки обусловливает рентабельность сушки многих материалов.

Вальцовая вакуум-сушилка

1-вальцы; 2-скребки; 3-патрубок для влажного материала; 4-патрубок для отвода газа; 5,7-колоколы; 6-камера для сбора сухого материала.

Рисунок 33 - Вальцовая вакуум-сушилка.

Вальцовая вакуум-сушилка (рисунок 33) применяется в тех случаях, когда необходимо снизить температуру сушки. От обычной вальцовой сушилки она отличается тем, что вальцы 1 окружены кожухом, во внутреннем пространстве которого создается вакуум. Влажный материал подается через патрубок 3. При вращении вальцов материал прилипает к ним, высушивается и высушенный срезается скребками 2. Образующийся пар отсасывается через патрубок 4.

В аппаратах, непрерывно перерабатывающих сыпучий материал под вакуумом, особенно трудной задачей является устройство загрузки и выгрузки материала, поскольку сам кусковой материал, имеющий каналы между частицами, не может служить затвором, как жидкость.

Эта задача, в частности и для вакуум-сушилок непрерывного действия, решается двумя путями.

1. Загрузка и разгрузка ведется периодически, например, один раз в смену. В этом случае сырой материал засыпается в закрытый питательный бункер и расходуется оттуда, а высушенный накапливается в сборном бункере сушилки в течение определенного времени (смены), после чего отключается вакуум и производится разгрузка сборного бункера.

2. Применяются герметические затворы. Для разгрузки применяется, например, шлюзовый затвор, как показано на рисунок 20. В этом затворе колокола открываются в следующем порядке: при закрытом колоколе 7 открывается колокол 5, материал пропускается из конуса сушилки в камеру 6, затем закрывается колокол 5 и открывается колокол 7 - материал выпускается из сушилки. При необходимости повысить герметичность число камер-шлюзов увеличивается до 3 - 5. Закрывание и открывание заслонок шлюзов и их чередование может быть легко автоматизированно.

Установка для сушки излучением

В сушилке в качестве излучателей используются либо электролампы 1 (рисунок 34а), либо нагреваемые газом или электричеством панели 2 (рисунок 34 б). В современных сушилках с газовым обогревом эффективно используются излучающие насадки с беспламенным горением.

Применение сушилок с газовым обогревом особенно выгодно для высушивания тонких слоев защитных покрытий (лаков, эмалей).

Рисунок 34 - Установка для сушки излучением.

Установка для сушки в поле токов высокой частоты (рисунок 35)

Материал помещается между двумя электродами 2, к которым по проводам 1 подводится переменный электрический ток высокой частоты. Под действием электрического поля ионы и электроны в материале меняют направление движения синхронно с изменением знака заряда электродов, дипольные молекулы приобретают вращательное движение, а неполярные молекулы поляризуются в результате смещения их зарядов. Эти процессы, сопровождаемые трением, приводят к выделению тепла. Выделяющееся тепло нагревает материал, способствуя продвижению влаги к периферийным слоям и испарению ее с поверхности тела. За время перемещения материала, находящегося на транспортерной ленте с натяжным устройством 3, он высушивается.

1 - провода; 2 - электроды; 3 - транспортная лента.

Рисунок 35 - Схема установки для сушки в поле токов высокой частоты.

Сушилка молекулярная (сублимационная)

Сушилка (рисунок 36) представляет собой герметически закрывающуюся камеру 1, в которую помещают материал на противнях 3. Наблюдается три стадии удаления влаги из материала: самозамораживание, сублимация, испарение остаточной влаги.

Рисунок 36 - Сушилка сублимационная: 1-ка-мера; 2-обогреватели;3- протвени.

Самозамораживание - это отвод тепла из продукта за счет теплоты испарения с понижением температуры ниже точки замерзания и образования кристаллов льда. Эта стадия протекает в процессе достижения в камере 1 глубокого вакуума (остаточное давление 1,0 0,1 мм рт.ст.). При этом удаляется 10  15% влаги.

Сублимация - это удаление основной части влаги (40  60%) путем перехода влаги, находящейся в материале в виде льда, в пар, минуя жидкое состояние. Тепло на испарение влаги подводится к материалу излучением от обогреваемых теплоносителем (горячей водой) полых плит 2. Высушиваемый материал располагается на сетчатых противнях 3 между смежными плитами и подвергается двустороннему облучению (сверху и снизу). Сушка производится при осторожном и мягком обогреве замороженного материала, т.к. количество передаваемого тепла не должно превышать его расхода на сублимацию льда без его плавления.

Испарение остаточной адсорбционно связанной влаги - это удаление части влаги, которая не замерзает даже при очень низких температурах. При этом температура материала быстро повышается.

Между сушилкой и вакуум-насосом устанавливается конденсатор, охлаждаемый холодильным агентом, например, аммиаком до температуры более низкой, чем температура сублимации. Вследствие этого парогазовая смесь из сушилки непрерывно поступает в конденсатор, где основная масса пара замораживается на теплопередающих стенках, а газы и частично пары воды отсасываются вакуум-насосом в атмосферу. Установка снабжается двумя конденсаторами, которые попеременно размораживаются при подаче пара или воды.

Несмотря на применение низкотемпературного теплоносителя (40  60^оС), суммарный расход энергии на молекулярную сушку велик. Поэтому она применяется, когда высушиваемый материал (пенициллин, стрептомицин и другие медицинские препараты, плазма крови и др.) должен продолжительно сохранять биологические свойства.