Теоретические основы процесса сушки

Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются  от пыли в циклоне 9. У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство в виде сплошного кольца или кольца, образованного кольцеобразно расположенными поворотными лопатками (в виде жалюзи). Назначение этого кольца — поддерживать определенную степень заполнения барабана материалом; как правило, степень заполнения не превышает 20%. Время пребывания обычно регулируется скоростью вращения барабана и резке — изменением угла его наклона. Высушенный материал удаляется из камеры 10 через разгрузочное устройство 11 с помощью которого герметизируется камера 10 и предотвращается поступление в нее воздуха извне. Подсосы воздуха привели бы к бесполезному увеличению производительности и энергии, потребляемой вентилятором 5.

Устройство внутренней насадки барабана зависит от размера  кусков и свойств высушиваемого материала.

Подъемно-лопастная  насадка используется для сушки  крупнокусковых и склонных к налипанию материалов, а секторная насадка – для малосыпучих и крупнокусковых материалов с большой плотностью. Для мелкокусковых, сильно сыпучих материалов широко применяются распределительные насадки. Сушка тонкоизмельченных, пылящих материалов производится в барабанах, имеющих перевалочную насадку с закрытыми ячейками. Иногда используют

комбинированные насадки, например подъемно-лопастную (в передней части аппарата) и распределительную.

Типы промышленных барабанных сушилок разнообразны: сушилки, работающие при противотоке сушильного агента и материала, с использованием воздуха в качестве сушильного агента, контактные барабанные сушилки и др.

1 – барабан; 2 – бандаж; 3 – ролики; 4 – зубчатая  передача; 5 – ролики; 6 – питатель;  7 – лопасти приемно-винтовой насадки; 8 – вентилятор; 9 – циклон; 10 – камера;  11 – разгрузочное устройство.

Рисунок 1.3 – Барабанная сушилка

Устройство сушилок  с кипящим (псевдоожиженным) слоем. Эти сушилки 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 (до нескольких минут) продолжительность сушки.

Наиболее распространены однокамерные сушилки непрерывного действия в соответствии с рисунком 1.6.

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 этого  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 газов по мере их подъема улучшается распределение частиц по крупности и уменьшается унос пыли. Это, в свою очередь, повышает равномерность нагрева (более мелкие частицы, поднимающиеся выше, находятся в области более низких температур) и позволяет уменьшить высоту камеры.

1 – бункер; 2 –  питатель; 3 – газораспределительная  решетка; 4 – камера сушилки; 5 – смесительная камера; 6 – вентилятор; 7 – штуцер для выгрузки высушенного материала; 8 – транспортер; 9 – циклон; 10 – батарейный пылеуловитель.

Рисунок 1.4 – Однокамерная сушилка с кипящим слоем

Для материалов, мало чувствительных к нагреву, применяют двух- и трехсекционные 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. Таким способом удается достичь равномерной сушки материалов, склонных к слипанию, и кристаллических материалов без значительного истирания их частиц.

В определенных условиях значения объемного напряжения по влаге А при сушке некоторых продуктов в промышленных непрерывно действующих сушилках с кипящим слоем достигают 1250 кг/(м³·ч).

С помощью сушилок  с кипящим слоем при рациональном аппаратурном оформлении процесса достигается экономичная сушка. Поэтому при сушке некоторых продуктов (например, солей) сушилки с кипящим слоем вытесняют барабанные и менее эффективные сушилки других типов.

Конвективные сушилки  со взвешенным слоем материала

В этих сушилках достигается высокая интенсивность  испарения влаги за счет тонкого распыления высушиваемого материала в сушильной камере, через которую движется сушильный агент (нагретый воздух или топочные газы). При сушке в распыленном состоянии удельная поверхность испарения достигает столь большой величины, что, процесс высушивания завершается чрезвычайно быстро (примерно за 15-30 сек).

В условиях почте мгновенной сушки температура поверхности  частиц материала, несмотря на высокую температуру сушильного агента, лишь немного превышает температуру адиабатического испарения чистой жидкости. Возможна сушка и холодным теплоносителем, когда распиливаемый, материал предварительно нагрет.

Распыление осуществляется механическими и пневматическими  форсунками, а также с помощью центробежных дисков, скорость вращения которых составляет 4000-20 000 оборотов в 1 мин.

Распыление центробежными, дисками, (без давления) пригодно для диспергирования Суспензий и вязких жидкостей, но требует значительно большего расхода энергии, чем механическое распыливание. Распыливание механическими форсунками, в которые жидкость подается насосом под давлением 30-200 атм, более экономично, но применяется только для жидкостей, не содержащих твердых взвесей, вследствие чувствительности этих форсунок к засорению Распыление пневматическими форсунками, работающими с помощью сжатого воздуха под давлением около 6 атм, хотя и пригодно для загрязненных жидкостей, но наиболее дорого из-за большого расхода энергии; кроме того, его недостатком является неоднородность распыления.

Распылительные сушилки  работают также по принципам противотока  и, смешенного тока. Однако прямоток особенно распространен, так как позволяет производить сушку при высоких температурах без перегрева материала.

Вакуум-сушильный  шкаф в соответствии с рисунком 1.9 представляет собой цилиндрическую (реже прямоугольную) камеру 1, в которой размещены полые плиты 2, 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 легкоокисляющихся, взрывоопасных и выделяющих вредные вещества. 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.

1 – камера; 2 –  полые плиты.

Рисунок 1.5 – Вакуум-сушильный шкаф

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

ФЮРА

 Разраб.

Тихонов П.Ю

 Провер.

Молодежникова Л.И

 Реценз.

 

 Н. Контр.

 

 Утверд.

 

Обоснование и описание установки

Лит.

Листов

 

 

2 Обоснование  и описание установки

2.1 Описание принципа  работы технологической схемы 

Барабанные сушилки относятся  к конвективным сушилкам с перемешиванием слоя материала. Эти сушилки широко применяются для непрерывной  сушки при атмосферном давлении кусковых, зернистых и сыпучих  материалов (минеральных солей, фосфоритов и др.). Схема проектируемой установки  представлена на чертеже формата  А1.

Число  оборотов  барабана  обычно  не превышает  об/мин.

Материал из бункера БН1 подаётся в сушильный барабан С. Насадка в барабане обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание материала по сечению барабана, а также его тесное соприкосновение при пересыпании с сушильным агентом. У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство в виде сплошного кольца или кольца, образованного кольцеобразно расположенными поворотными лопатками (в виде жалюзи). Назначение этого кольца – поддерживать определённую степень заполнения барабана материалом; как правило, степень заполнения не превышает 20 %. Время пребывания обычно регулируется скоростью вращения барабана и реже  – изменением угла его наклона. Высушенный материал поступает в разгрузочный бункер БН2. Сушильные газы из топки Т подаются прямотоком с другого конца барабана. На выходе они проходят через циклоны Ц1-Ц4 для улавливания частиц пыли. Уловленная пылевая фракция из циклонов поступает в бункер пылевой фракции БН3. Затем высушенный материал из БН2 и пылевая фракция из БН3 поступают на ленточный транспортер.

Внутри барабана для интенсификации процесса сушки устанавливают различные  насадки, способствующие увеличению контакта материала с теплоносителем. В  загрузочном конце устанавливают  спиралеобразные лопасти, основное назначение которых – предотвратить  пересыпание материала в газовую  камеру.

Для проведения процесса сушки  выбрана основная схема процессов  конвективной сушки в которой  сушильные газы однократно проходят через сушилку.

Хотя в сушилках основного  варианта и создаются жесткие  условия (это объясняется тем, что  все тепло, необходимое для испарения влаги из материала подводится однократно и воздух нагревается сразу до относительно высокой температуры t₁, являющейся обычно предельно допустимой для высушиваемого материала), но этот вариант требует меньших энергозатрат и более прост в аппаратурном оформлении, а начальная температура теплоносителя не является

 

критической для нашего высушиваемого  материала и разложение или ухудшение  качества при этой температуре не происходит.

Вентилятор. Вентиляторами называют машины, перемещающие газовые среды при степени повышения давления до 1,15 атм. В промышленности наиболее распространены центробежные и осевые вентиляторы. В зависимости от давления,  создаваемого  вентиляторами  их подразделяют на три группы: низкого давления – до 981 Па, среднего – от 981 до 2943 Па и высокого – от 2943 до 11772 Па.

Устройства для выделения  сухого продукта из потока теплоносителя. Центробежные пылеотделители (циклоны). Интенсивное и эффективное осаждение твердых частиц, взвешенных в газе, осуществляется в центробежных аппаратах – циклонах. Действие центробежной силы позволяет удалить из него частицы диаметром до 5 мк.

Сущность центробежного  метода отделения частиц заключается  в создании потока, движущегося со значительными скоростями и изменяющего  направление движения. Частицы, обладающие значительной инерцией, не успевают за изменениями направлений потока и, продолжая перемещаться в первоначальном направлении,  оседают на стенках  циклона. Поток газа, содержащего  взвешенные частицы, вводится по касательной  в цилиндрическую часть аппарата и движется вдоль его стенок по спиралям, а затем выходит вверх  по центральной трубе. Частицы, оседающие  на внутренней стенке циклона, падают в его суженную конусообразную часть, откуда могут быть удалены.

Для улавливания уносимых газом частиц наибольшее распространение  в сушильных установках получили центробежные циклоны, отличающиеся простотой  и дешевизной. Степень очистки  газов в циклоне составляет 70 – 90 %. Обычно циклоны представляют собой цилиндр, в нижней части  переходящие в конус, с углом  наклона образующей не менее 60°. Очищенные газы отводятся из циклона по центральной трубе. Неплотности на любом участке пылеуловительной системы резко ухудшают степень очистки газов. Так подсос воздуха в размере 10–15 % от количества очищаемого газа может свести на нет эффективность работы очистительного аппарата.