ИНЖИНИРИНГ: расчет, проектирование, наладка

Контактные сушилки.

При контактной сушке все тепло, необходимое для испарения влаги, передается материалу через стенку, отделяющую материал от теплоносителя. В качестве теплоносителя при контактной сушке обычно используют насыщенный водяной пар. Преимущество контактных сушилок в том, что отсутствует сушильный агент - не требуется очистка от пыли больших количеств воздуха или другого теплоносителя, использующегося обычно при конвективной сушке. При контактной сушке высушиваемый материал не загрязняется продуктами сгорания топлива или другими примесями, содержащимися в воздухе. Однако контактные сушилки в большинстве своем более материалоемки и соответственно имеют большую стоимость. Наиболее подходят контактные сушилки для сушки под вакуумом при невысоких температурах. Поэтому наибольшее распространение они получили в пищевой промышленности.

Ниже приведены основные конструкции контактных сушилок:

1. Вакуум-сушильные шкафы.

Простейшими контактными сушилками периодического действия являются вакуум-сушильные шкафы, которые в настоящее время используются для сушки малотоннажных продуктов в производствах с разнообразным ассортиментом продукции, где применение высокопроизводительных механизированных сушилок непрерывного действия экономически неоправданно. Вакуум-сушильный шкаф представляет собой цилиндрическую (или прямоугольную) камеру, в которой размещены полые плиты, обогреваемые изнутри паром или горячей водой. Высушиваемый материал находится в лотках (противнях), установленных на плитах. Во время работы камера герметически закрыта и соединена с установкой для создания вакуума, например с поверхностным конденсатором, и вакуум-насосом. Загрузка и выгрузка материала производятся вручную.

Как и другие вакуум-сушилки, вакуум-сушильные шкафы пригодны для сушки легко окисляющихся, взрывоопасных и выделяющих вредные или ценные пары веществ. Однако они малопроизводительны и малоэффективны, поскольку сушка в них происходит в неподвижном слое при наличии плохо проводящих тепло зазоров между противнями и греющими плитами. Напряжение рабочей поверхности плит (со стороны материала) обычно не превышает 0,5—3,5 кг/(м2•ч) влаги.

2. Гребковые вакуум-сушилки

В этих контактных сушилках периодического действия скорость сушки несколько увеличивается за счет перемешивания материала медленно вращающейся горизонтальной мешалкой с гребками; вместе с тем, они не требуют ручной загрузки и выгрузки материала подобно вакуум-сушильным шкафам.

Гребковая сушилка (рис. 1) состоит из цилиндрического корпуса с паровой рубашкой 2 и мешалки 3. Гребки мешалки закреплены на валу взаимно перпендикулярно; на одной половине длины барабана гребки мешалки изогнуты в одну сторону, на другой половине – в противоположную. Кроме того, мешалка имеет реверсивный привод, автоматически меняющий каждые 5—8 мин направление ее вращения. Поэтому при работе мешалки материал (загруженный через люк 4) периодически перемещается от периферии к середине барабана и в обратном направлении. Вал мешалки может быть полым и через него можно также осуществлять нагрев высушиваемого материала. Свободно перекатывающиеся между гребками трубы 5 способствуют разрушению комков и дополнительно перемешивают материал. Разгрузка высушенного материала производится через люк 6. Корпус сушилки соединен с поверхностным или барометрическим конденсатором и вакуум-насосом.

Производительность сушилки зависит от температуры греющего пара, величины разрежения и начальной влажности материала. В анилинокрасочной промышленности, где главным образом применяются эти сушилки, напряжение их поверхности по влаге колеблется в пределах 6–8 кг/(м2 ч), т. е. выше, чем для вакуум-сушильных шкафов, но сушильный агрегат более сложен и требует больших эксплуатационных расходов. Следует отметить, что применение вакуумных сушилок в химической промышленности, несмотря на их более высокую стоимость и сложность по сравнению с атмосферными сушилками, диктуется технологическими соображениями: они пригодны для сушки чувствительных к высоким температурам, а также токсичных и взрывоопасных веществ, для получения высушенных продуктов повышенной чистоты, а также в тех случаях, когда необходимо улавливание (конденсация) паров неводных растворителей, удаляемых из материалов.

3. Вальцовые сушилки.

В этих сушилках осуществляется непрерывная сушка жидких и текучих пастообразных материалов при атмосферном давлении или при разрежении. Основной частью двухвальцовых сушилок (рис.2), наиболее часто применяемых в химических про-изводствах, являются вальцы – 2 и 3, медленно вращающиеся (n = 2—10 об/мин) в кожухе 1 навстречу друг другу. Сверху между вальцами непрерывно подается высушиваемый материал. Греющий пар поступает через полую цапфу внутрь каждого из вальцов, паровой конденсат отводится через сифонную трубку 4. Ввод пара и вывод конденсата производится со стороны, противоположной приводу 5. Вальцы могут также обогреваться горячей водой или высокотемпературными органическими теплоносителями.

Материал покрывает поверхность вальцов тонкой пленкой, толщина которой определяется величиной зазора между вальцами. Обычно ширина зазора не превышает 0,5—1 мм и регулируется путем перемещения ведомого вальца 2, имеющего подвижные подшипники, относительно неподвижно установленного ведущего вальца 3. Высушивание материала происходит интенсивно в тонком слое в течение одного неполного оборота вальцов. Пленка подсушенного материала снимается ножами 6, расположенными вдоль образующей каждого вальца. Чем тоньше слой материала на вальцах, тем быстрей и равномерней он сушится. Однако вследствие малой продолжительности сушки часто требуется досушка материала, осуществляемая в горизонтальных лотках с паровым обогревом (досушивателях), в которых вращаются валы с гребками. В сушилке на рис. 2 материал после вальцов последовательно проходит сначала верхний досушиватель 7, затем нижний досушиватель 8.

Вакуумные вальцовые сушилки работают по тому же принципу, что и описанные выше, атмосферные, но в них все рабочие части находятся внутри герметичного кожуха, соединенного с установкой для создания вакуума. В вальцовых сушилках возможна эффективная сушка в тонком слое (пленке) материалов, не выдерживающих длительного воздействия высоких температур, например красителей. Продолжительность сушки регулируется числом оборотов вальцов. Однако в сушилках без досушивателей часто не достигается требуемая конечная влажность материала. В двухвальцовых сушилках напряжение поверхности вальцов по влаге колеблется (при сушке красителей) от 13—15 кг/(м2 ч) (атмосферные сушилки) до 20—30 кг/(м2 ч) (вакуумные сушилки). Напряжение по влаге зависит от свойств высушиваемого материала и может достигать 70 кг/(м2 ч). Процесс контактной сушки нельзя интенсифицировать при применении топочных газов вследствие низких коэффициентов теплоотдачи от газов к стенкам вальцов. Однако повышение температуры греющей поверхности (без чрезмерного утолщения стенок вальцов) возможно в случае использования для нагрева высокотемпературных теплоносителей, например минерального масла или дифенильной смеси. При низких температурах сушки для обогрева может быть применена горячая вода.

4. Барабанные контактные сушилки.

В барабанной сушилке с передачей тепла через стенку (рис. 3) топочные газы, получаемые в топке 1,.омывают барабан 2 снаружи, а затем проходят через внутренний цилиндр 3 и отсасываются вентилятором 4. Высушиваемый материал движется слева направо по кольцевому пространству между стенками барабана 2 и цилиндра 3 (направление движения материала на рисунке стрелками не указано), Наружный воздух без предварительного подогрева вводится в кольцевое пространство и движется противотоком по отношению к материалу. Подогрев воздуха осуществляется только внутри самого барабана. Такие сушилки применяются в тех случаях, когда, во избежание загрязнения высушиваемого материала, его соприкосновение с топочными газами недопустимо.