Процессы и аппараты

   Распылительные  сушилки применяются для сушки диспергированных жидких материалов: различных жидких растворов. Основной частью этих сушилок является камера, внутри которой сушка происходит при распылении поступающего в нее жидкого материала.

   Сушимый материал распыливается в сушилке до капель, диаметр которых обычно составляет несколько десятков микрон; благодаря высокой дисперсности образуется развитая поверхность соприкосновения материала с сушильным агентом. Удаление из капель влаги, т. е. собственно сушка и получение готового продукта в виде порошка происходит в течение нескольких секунд.

   Сушка распылением обусловливается тремя основными процессами: распылением раствора, смешением газа и частиц раствора, тепло-и массообменном между ними. Кроме того, сушка распылением непосредственно связана с выделением сухих частиц из потока газов. Совокупность этих процессов определяет эффективность и технико-экономические показатели распылительных сушильных установок.

   В технике сушки применяются три  способа распыления растворов: механическими и пневматическими форсунками и центробежными дисками.

   Механическое  распыление производится при помощи форсунок различных конструкций, к которым жидкость подается под давлением 30—200 атм. Размер капель обычно составляет от 1 до 150 мк и зависит от давления и свойств жидкости. На рис.1  показана форсунка для механического распыления жидкости. 

Рис.1 Механическая форсунка для распыления жидкости.

1-гайка; 2-труба; 3-контргайка; 4-шайба; 5-завихриватель.

   Преимущества механических форсунок состоят в их бесшумной работе, незначительном расходе электроэнергии (4—10 КВт на тонну распиливаемого раствора) и высокой производительности одиночных форсунок (до 4 500 кг/ч).

   Недостатками  являются:   неприменимость для распыла грубых суспензий или растворов, содержащих твердые   частицы   или   кристаллы; значительная чувствительность к засорению и вследствие этого недопустимость   применения    форсунок с диаметром    меньше   1  мм;  невозможность регулирования производительности, так как при этом меняется дисперсность,а также   самопроизвольное изменение производительности, форсунки вследствие увеличения от износа диаметра выходного отверстия форсунки.

Пневматическое  распиливание производится за счет действия сжатого воздуха давлением 1,5—5 атм специальными форсунками. На  рис. 2 в качестве примера показана форсунка для распыливания  сжатым воздухом. 

                                                                         вход сжатого 

                                                                               воздуха 

    

 

Рис.2 Пневматическая форсунка.

1-устройство  для регулирования зазора; 2-распылительная  тарелка.

   Преимуществами  пневматического распыления являются возможность распыливания большинства растворов и суспензий, а также возможность регулирования, недостатками — значительный расход энергии по сравнению с другими способами распыла растворов, составляющий 50—60 кВт•ч/т раствора. Кроме того, при больших производительностях установок приходится устанавливать до 35 форсунок. Пневматический распыл обычно требует наличия энергоемкой компрессорной установки.

   Распыление  под действием центробежной силы достигается подачей высушиваемой жидкости на диск, вращающийся со скоростью от 4 000 до 20 000 об/мин.

   Для сушки различных жидких материалов рекомендуется принимать окружную скорость дисков порядка 130—200 м/сек, а для получения высокой дисперсности — применять конструкции дисков, изображенные на рис.3, которые дали по сравнению с другими конструкциями лучшие результаты. Они при начальной влажности растворов и суспензий 72—85% дают размер капель 18—8 мк и размер частиц высушенного продукта 2,5—1,5 мк.  

б

Рис.3 Конструкции  распылительных дисков.

а- плоский  закрытый с зубьями;

б- трехъярусный с перегородками и зубьями.

   Вращение  распыляющего диска осуществляется или от высокооборотного электродвигателя, или от паровой турбинки, или через редуктор от электродвигателя. Диск монтируется над приводом или укрепляется у потолка сушильной башни.

   В случае привода от паровой турбинки обработавший пар используется   в   подогревателях   воздуха.

 Подвод  жидкости к распыливающему диску  из бака происходит обычно при постоянном напоре и регулируется автоматически (с помощью поплавкового механизма и т. п.).

   Преимуществами центробежного распыливания являются возможность применения его для практически любых растворов, включая пасты,   суспензии   и т. п., а   также  легкость регулирования производительности.

   Недостатками  являются сравнительно высокая стоимость распыливающего аппарата, его сравнительно сложная эксплуатация, а также необходимость (из-за широкого факела) большого диаметра распылительной сушилки и соответственно большой   площади   помещения.

На рис.4 представлены схемы сушки жидких материалов в распыленном состоянии.

   Наибольшее  распространение получили распылительные сушилки с параллельным током  газа и осаждающихся частиц. Их достоинством является   возможность   применения более высоких температур газа без перегрева сушимого материала. Это  компенсирует меньшее  время пребывания частиц в газовом потоке по   сравнению с противотоком, который  чаще  всего  применяется, когда требуется получить   большой объемный вес порошка.    

Рис.4 Схемы  работы сушильных камер.

а, б, в- параллельный ток; д,е- смешанный ток

   Распылительные  сушилки, применяемые в производстве облицовочных плиток, предназначены для получения пресспорошка нагреванием из распыляемой в ней фаянсовой суспензии. Распылительные сушилки значительно упрощают, механизируют и облегчают процесс производства, улучшается качество и снижается стоимость готовых изделий. Кроме того, с внедрением сушилок высвобождаются значительные производственные площади, занятые ранее более громоздким оборудованием, в частности фильтрпресеами.

   Внедрение распылительных сушилок является техническим скачком в производстве облицовочных плиток. На Рис.5 показана распылительная сушилка. 

    Рис.5 Распылительная сушилка.

    1-бункер.; 2-бурат; 3-элеватор; 4-транспортер; 5-форсунка;

    6-кольцевой  массопровод; 7-зонд; 8-отростки; 9-нижний конус;

    10-вытяжнаятрубка; 11, 14, 26 -труба; 12-циклон-промыватель; 13-вентилятор;

    15-пропеллерная  мешалка; 16-сборник; 17-двухплунжерный  насос;

    18-шаровая  мельница; 19-отстойник; 20- сетчатый стакан;

    21-сливная  труба; 22-массопровод; 23-башня; 24- крыша; 25-плоская крыша;

    27-асбестовая  прокладка; 28- кольцевое ребро; 29- песочный  затвор;

    30-болты; 31-газовая горелка.  

 2. Сушилки для керамических  суспензий (шликеров) и их конструкции.

   Шликеры можно сушить в сушилках вальцовых, барабанных, кипящего слоя и распылительных. В нашей стране для сушки шликеров широко распространены распылительные сушилки отечественных конструкций. Ими оснащены все заводы керамических плиток, и в отдельных случаях их применяют в производстве стеновой керамики. Вальцовые и барабанные сушилки для сушки керамических шликеров непригодны. Распылительные сушилки для керамической промышленности были впервые предложены М. Ю. Лурье. Под его же руководством в 1954 г. в НИИСтройкерамике были выполнены первые исследования в этой области.

   Основное  достоинство    распылительных   сушилок — совмещение в одном  агрегате процессов   сушки и  грануляции шликера, благодаря чему схема приготовления порошка  получается предельно компактной. Взаимодействие распыленного шликера большой удельной поверхности с дымовыми газами высокой температуры обусловливает короткую продолжительность сушки, что дает возможность создавать сушилки высокой производительности. Велики и технологические достоинства этого способа: порошок, полученный способом распылительной сушки, обладает по сравнению с порошком, приготовленным по сушильно-помольной технологии, хорошими технологическими свойствами для компрессионного прессования изделий. Гранулы порошка имеют округлую форму, а сам порошок является практически монофракционным с минимальным содержанием пылевидной фракции, что облегчает эвакуацию из него воздуха при прессовании изделий. Кроме того, пофракционная влажность порошка распылительной сушки при нормальной работе сушилки колеблется в узких пределах— 1—2%. что исключает локальные усадки отдельных гранул порошка в спрессованных изделиях.

   Рабочей камерой распылительной сушилки  является башня, в которой шликер определенной вязкости диспергирует на мелкие капли. Последние взаимодействуют с дымовыми газами высокой температуры и в короткое время, исчисляемое секундами, высыхают до остаточной влажности 7—9%.

   На  керамических заводах нашей страны эксплуатируются распылительные сушилки трех основных конструкций: НИИ-Стройкерамики, КБ Минского комбината строительных материалов (МКСМ) и Гипростройматериалов.

Цилиндрическую  башню 1 распылительной сушилки НИИСтройкерамики (рис. 6) собирают из полых металлических панелей, заполненных минеральной ватой. Внутренняя обкладка башни выполнена из жаростойкой стали. Конусное днище 3 является сборником высушенного порошка. Шликер нагнетают мембранным насосом под давлением 1,2—1,3 МПа в кольцевой шликеропровод 9, откуда он поступает в восемь механических форсунок 10, расположенных пучком. Они образуют в башне факел распыленного шликера, направленный снизу вверх. В корпус башни вмонтированы газовые горелки 2. В модернизированных конструкциях этих сушилок горелки расположены в два яруса. Продукты горения природного газа с температурой, близкой к калориметрической, т. е. 1600—11700*0, взаимодействуют с каплями шликера, высушивают их и превращают в округлые полые гранулы. Порошок из конусного днища при помощи шибера 6 движется на конвейер 7. Отработанные дымовые газы по отсасывающему патрубку 8, защищенному от засорения конусным колпаком, направляются в циклон 4, а из него дымососом 5 —в атмосферу.

 

Рис. 6. Схема  распылительной сушилки системы  НИИСтройкерамики

   Диаметр   башни   сушилки описанной конструкции 4,5, высота цилиндрической части 5, а конической — 3 м. Общий объем сушилки 94 м³. Производительность по испаряемой влаге 2,5, а по порошку при влажности шликера 45% —3,5 т/ч, удельный влагосъем R_w,v = 26,5 кг,/м³-ч, а удельный расход теплоты 3200 кДж/кг испаренной влаги. Институтом НИИ-Стройкерамика разработано шесть типоразмеров распылительных сушилок производительностью 0,36—36 т/ч порошка.

    Ряд конструкций распылительных сушилок  был создан в КБ МКСМ под общим  руководством В. Л. Бильдюкевича. Хорошо зарекомендовала себя в работе конструкция, показанная на рис. 7.

Из расходного бассейна 1 шликер насосом 2 через ресивер 3 подают в шликеропровод 4, соединенный с механической форсункой 6, которая распыляет шликер в сушильной камере-башне 7. Сушилка имеет шесть цилиндрических вертикальных топок 5 с горелками 16, встроенных в рабочую камеру, из которых горячие газы, направленные снизу вверх, поступают в рабочую камеру сушилки. Здесь они взаимодействуют с каплями распыленного шликера, высушивая их. Образующиеся при этом гранулы падают вниз в коническую часть камеры — сборник высушенного порошка, откуда через питатель 15 поступают на транспортное устройство. Отработанные газы отбираются снизу и по трубопроводу 9 отсасываются из рабочей камеры сушилки, проходят батарейный циклон выбрасываются в атмосферу дымососом 13. Горячий воздух к топкам подается по трубопроводу 10. Из циклонов пыль через питатель 12 вентилятором 14 подается в трубопровод 8; через который она возвращается, в верхнюю часть рабочей камеры. Падая, пылевидные  частицы соударяются с невысохшими частицами распыленного шликера и прилипают к ним,

образуя укрупненные слипшиеся частицы.

   Рис. 7. Распылительная сушилка системы  КБ МКСМ.

   Сушилку обычно устанавливают вне здания цеха. Ограждающие конструкции сушильной камеры выполнены из металлических панелей, утепленных минеральной ватой, и отфутерованы листовой нержавеющей сталью. Под конусной частью камеры находится помещение, в котором установлена аппаратура контроля и регулирования. Высота рабочей камеры 16 м, высота цилиндрической части 8 м, диаметр 8 м, общий объем 710 м³, объем рабочей камеры 510 и³. Шликер подается   под  давлением 2,6—2,9 МПа, распыляется механической форсункой с диаметром сопла 7,5 мм. Температура газов в верхней части рабочей камеры 150—180°С, отходящих газов — 75—80^сС. Влажность шликера 40—45%, порошка — 6,5—7%. В циклонах оседает около 2% порошка, а на контрольном сите остается 0,5%. Производительность сушилки по порошку и испаренной влаге достигает 4,5 т/ч; расход теплоты 3350 кДж/кг влаги, удельный влагосъем до 6,5 кг/(м³-ч).