ИНЖИНИРИНГ: расчет, проектирование, наладка

Сушка и конструкции сушилок

Удаление влаги из твердых и пастообразных материалов позволяет удешевить их транспортировку, придать им необходимые свойства (например, уменьшить слеживаемость удобрений или улучшить растворимость красителей), а также уменьшить коррозию аппаратуры и трубопроводов при хранении или последующей обработке этих материалов.

Влагу можно удалять из материалов механическими способами (отжимом, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием). Однако более полное обезвоживание достигается путем испарения влаги и отвода образующихся паров, т. е. с помощью тепловой сушки.

Этот процесс широко используется в химической технологии. Он часто является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску готового продукта. При этом предварительное удаление влаги (до влажности 20 - 30%) обычно осуществляется более дешевыми механическими способами (например, фильтрованием или центрифугированием), а окончательное – сушкой. Такой комбинированный способ удаления влаги позволяет повысить экономичность процесса.

В химических производствах, как правило, применяется искусственная сушка материалов в специальных сушильных установках, так как естественная сушка на открытом воздухе – процесс слишком длительный.

По своей физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду. Как будет показано ниже, удаление влаги при сушке сводится к перемещению тепла и вещества (влаги) внутри материала и их переносу с поверхности материала в окружающую среду. Таким образом, процесс сушки является сочетанием связанных друг с другом процессов тепло- и массообмена (влагообмена).

По способу подвода тепла к высушиваемому материалу различают следующие виды сушки:

1.  Конвективная сушка осуществляется путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого обычно используют нагретый воздух или топочные газы (как правило, в смеси с воздухом).

2.  Контактная сушка осуществляется путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку.

3.   Радиационная сушка осуществляется путем передачи тепла инфракрасными лучами.

4.   Диэлектрическая сушка – путем нагревания в поле токов высокой (ТВЧ) и сверхвысокой (СВЧ) частоты;

5.   Сублимационная сушка – сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме. По способу передачи тепла этот вид сушки аналогичен контактной, но своеобразие процесса заставляет сублимационную сушку выделять в особую группу.

Последние три вида сушки применяются относительно редко и обычно называются специальными видами сушки.

Высушиваемый материал при любом методе сушки находится в контакте с газом, который называется сушильным агентом. В большинстве случаев в качестве сушильного агента используют нагретый атмосферный воздух, который имеет определенную влажность. При конвективной сушке влажному газу (являющемуся сушильным агентом) принадлежит основная роль в процессе. Поэтому изучение свойств влажного газа необходимо при рассмотрении процессов сушки и их расчетах.

Стоимость процесса сушки в основном зависит от исходной влажности материала и от способа сушки. В качестве теплоносителя для сушки используют разбавленные дымовые газы, полученные от сжигания природного горючего газа, дизельного топлива, горячий воздух, нагретый в теплообменниках (калориферах) греющим паром, электронагревателями (ТЭНами). Наиболее дешевый и экономичный теплоноситель - природный газ, самый дорогой - электронагрев. В таблице приведены сравнительная стоимость удаления 1 кг влаги из материалов с использованием различных видов топлива.

Сравнительная стоимость испарения 1 кг влаги
при использовании различных видов топлива

Данные таблицы носят оценочный характер и даны в российских ценах 2013 года. Реальные затраты на сушку можно определить на основе анализа капитальных и текущих затрат. При этом необходимо учесть конструкцию, размеры сушильного аппарата, температуру сушильного агента, рассчитать коэффициент полезного действия (к.п.д.) сушилки и многие другие факторы.
Компания "КИАНИТ" как раз и занимается расчетами подобного рода и проектированием сушильного оборудования.
Следует отметить, что неправильно выбранный вариант сушки может привести к существенному увеличению себестоимости продукции и существенно снизить конкурентную способность производимой продукции. Более того, автору известно немало случаев, когда неправильный расчет (или отсутствие такового) приводил к полной неработоспособности сушильной установки.
Так например, на предприятии "N" была построена барабанная сушилка для сушки легкого мелкодисперсного материала с начальной влажностью 40%. Воздух нагревался в паровом калорифере до 160°С, направлялся в сушилку, после сушилки - на очистку в рукавный фильтр. Отсутствие элементарных инженерных расчетов привели к невозможности эксплуатации этой установки. Деньги были выброшены на ветер. Влажный материал уносился потоком теплого воздуха в рукавный фильтр, налипал на рукавах и прекращал нормальную работу всей установки.
На предприятии "M" была установлена барабанная сушилка слишком короткая для данного вида материала. В результате температура отходящих газов на выходе из сушилки не опускалась ниже 200°С, что существенно увеличило затраты на сушку.
Во всех случаях недостаток инженерного опыта и профессионализма при проектировании и монтаже сушильного (и другого) оборудования  приводит к финансовым потерям.