Прямоточная барабанная сушилка

Содержание

1. Введение.

Назначение и классификация процессов сушки

Сушка – это процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалу тепла. [1]

Целью сушки является улучшение качества материала (снижение его объемной массы, повышение прочности) и, в связи с этим, увеличение возможностей его использования. [1]

Среди основных причин, которыми может быть обусловлена необходимость сушки можно выделить следующие:

Влажный продукт может портиться при хранении, так как влага вредно воздействует на товарные свойства многих материалов; слеживание, смерзание в зимний период, образование плесени на пищевых продуктах.

Влажность полупродуктов может быть вредна на последующих стадиях переработки: выступать как каталитический яд, ухудшать качество конечного продукта (например, снижать качество нити в волокнообразующих полимерах при продавливании через фильтры).

Перевозка высушенного материала потребителю, особенно на дальние расстояния, обходится дешевле из-за меньшего объемного веса.

Сушка широко применяется в химической, химико-фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.

В химической промышленности сушка обычно является завершающим процессом в производстве почти всех химических продуктов.

Сушка — один из наиболее энергоемких процессов химической промышленности: по подсчетам экспертов на нее идет до 12% производимого в стране топлива. В связи с этим, особое внимание должно быть уделено выбору режима сушки, схемы процесса и конструкции сушилки. [1]

В конвективных сушилках тепло процесса несет газообразный сушильный агент (нагретый воздух, топочные газы или смесь их с воздухом), непосредственно соприкасающийся с поверхностью материала. Пары влаги уносятся тем же сушильным агентом. В сушилках многих типов со взвешенным слоем высушиваемого материала сушильный агент служит не только тепло- и влагоносителем, но и транспортирующей средой для дисперсного материала. [2]

Если соприкосновение высушиваемого материала с кислородом воздуха недопустимо или если пары удаляемой влаги взрыво- или огнеопасны, сушильным агентом служат инертные к высушиваемому материалу газы: азот, диоксид углерода, гелий и другие инертные газы или перегретый водяной пар. [2]

В простейшем виде процесс сушки осуществляется таким образом, что сушильный агент, нагретый до предельно допустимой для высушиваемого материала температуры, используется в сушильном аппарате однократно. Этот процесс называется основным. [2]

Для сушки материалов, требующих повышенной влажности сушильного агента и невысоких температур, применяют устройства, обеспечивающие рециркуляцию (возврат) части отработанного воздуха в сушилку, а также сушилки с промежуточным подогревом воздуха между отдельными ступенями (или зонами) и одновременной рециркуляцией его. При сушке трудно сохнущего материала или для улучшения его сыпучести применяют рециркуляцию части высушенного продукта, т.е. возврат его на вход сушилки и смешение с исходным материалом. [2]

Когда удаляемая из материала жидкость является ценным продуктом (спирты, эфиры, углеводороды и другие растворители), а также при сушке огне- и взрывоопасных материалов применяют схемы с полностью замкнутым циклом инертных газов, включающие дополнительно устройства для конденсации и удаления из системы испаряющейся влаги и одновременного осуществления циркулирующих в системе газов. [2]

Процесс сушки проводят при различных способах передачи тепла: конвективная и контактная сушка, сушка токами высокой частоты, сушка инфракрасными лучами (радиационная сушка), сушка сублимацией. Первые три метода наиболее распространены в химической промышленности. [1]

При конвективной сушке тепло передается от теплоносителя к поверхности высушиваемого материала, и происходит испарение влаги с поверхности материала в теплоноситель. В качестве теплоносителей применяют воздух, топочные или инертные газы. [2]

При контактной сушке идет передача от обогреваемой перегородки к материалу, лежащему на ней (противни с подогревом снизу, металлические барабаны с наружным газовым или водяным обогревом, металлические обогреваемые изнутри вальцы, по поверхности которых движется паста, непрерывная лента высушиваемого материала). Влага поглощается либо воздухом, либо промежуточной средой. [2]

При радиационной сушке тепло передается тонкому слою материала, либо поверхности его, покрытой лаками и красками, от электрических или газовых инфракрасных излучателей. Сушка протекает интенсивно. Сушилки отличаются малой инерционностью. [2]

Электрический ток (высокой или промышленной частоты) применяется для сушки древесины, пенопласта, искусственного волокна и т.д. При сушке древесины быстро прогреваются внутренние слои материала, направления потоков влаги и тепла совпадают и процесс резко ускоряется. Этот метод отличается дороговизной. [2]

Сушка сублимацией, или молекулярная сушка, которая происходит при значительном вакууме в сушильной камере, чаще применяется в пищевой, чем в химической промышленности, с целью сохранения объема, цвета, запаха, вкусовых и биологических свойств материала. Этот метод используется при получении сгущенного и сухого молока. Оборудование для этого метода отличается высокой сложностью. [2]

Сушка в жидких средах является относительно новым методом, при котором высушиваемый материал помещают в высококипящую среду (t = 150°C). Обычно этот метод используется для сушки древесины при одновременной ее пропитке. [2]

Следует также упомянуть о сушке со сбросом давления, когда влага выделяется из нагретого материала при сбросе давления в сушильной камере.

Помимо указанных, существуют комбинированные методы сушки, при которых совмещаются конвективная и высокочастотная сушка, сушка инфракрасными лучами и воздушная конвективная сушка, что снижает затраты на сушку (сушка кинопленки). [2]

Классификация и конструкция сушилок

Существует множество классификаций промышленных сушильных установок. По способу подвода теплоты к материалу сушильные установки делятся на: конвективные, кондуктивные, радиационные, электромагнитные и комбинированные. По функционированию во времени сушилки бывают непрерывного действия, периодического действия, полунепрерывного действия. По конструкции сушильные установки подразделяются на камерные, шахтные, туннельные, барабанные, трубчатые, ленточные, взвешенного слоя, распылительные, сублимационные и др. [2]

Из приведенной классификации наибольшее распространение получили конвективные сушильные установки. Эти установки можно классифицировать по применяемому сушильному агенту на: воздушные, на дымовых (топочных) газах, на неконденсирующихся в процессе сушки газах (азоте, гелии, перегретом водяном паре и т.д.). Также возможна классификация по схеме движения сушильного агента на однозонные (с однократным использованием сушильного агента, рециркуляцией), многозонные (с промежуточным подогревом сушильного агента, рециркуляцией его в зонах, рециркуляцией между зонами и т.п.). По давлению в сушильной камере конвективные сушильные установки делятся на атмосферные и вакуумные; [2]

Наиболее экономичными по затрате тепла являются противоточные сушилки. Прямоточные сушилки применяются в тех случаях, когда высушиваемый материал не выдерживает высокой температуры в конце сушки. Как видно из приведенной классификации, по конструктивным особенностям сушилки весьма разнообразны. Барабанные сушилки широко применяются при сушке топлива, руды, удобрений, ядохимикатов, сопутствующих продуктов и т.д. [2]

Барабанные сушильные установки.

В сушильной технике барабанные сушилки являются наиболее распространенным типом. Первоначально такие сушилки представляли собой открытую вращающуюся трубку, через которую пропускались горячие дымовые газы, вступавшие в тепло - и массообмен с движущимся по трубе материалом. [2]

Барабанные сушилки широко применяются в химической промышленности для сушки сыпучих, мелкокусковых и зернистых материалов. В таких сушилках тепло передается от сушильного агента непосредственно высушиваемому материалу внутри су­шильного барабана, т.е. барабанные сушилки относятся к конвективным. [3]

Барабанные сушилки — аппараты непрерывного действия. Наиболее распространенная барабанная сушилка представляет собой цилиндрический наклонный барабан с двумя бандажами, которые при вращении барабана катятся по опорным роликам. Материала поступает с приподнятого конца барабана через питатель, захватывается винтовыми лопастями, на которых он подсушивается, после чего перемещается вдоль барабана, имеющего угол наклона к горизонтали до 4°. Осевое смещение барабана предотвращается упорными роликами. [2]

Материал перемещается в сушилке при помощи внутренней насадки, равномерно распределяющей его по сечению барабана. Конструкция насадки зависит от размера кусков и свойств высушиваемого материала. Насадка осуществляет механическую перевалку материала, сбрасывая его в поток сушильного агента. Ее назначение заключается в том, чтобы процесс теплообмена влажного материала с сушильным агентом осуществлялся по возможно большему поперечному сечению барабана. [1]

Наиболее целесообразна такая насадка, которая наименьшим образом распределяет, пересыпает, перемешивает материал и осуществляет его контакт с потоком сушильного агента, не забиваясь при этом и не нарушая транспортирования материала. [2]

Насадка с точки зрения тепломассопереноса должна быть компактной, однако для надежности транспортирования интервал между элементами насадки должен быть как можно больше. [2]

Обычно в барабанных сушилках материал и сушильный агент движутся прямотоком, благодаря этому предотвращается пересушивание и унос материала топочными газами в сторону, противоположную его движению. Для уменьшения уноса при прямотоке скорость газов в барабане поддерживается не более 2-3 м/сек. Газы поступают из топки, примыкающей к барабану со стороны входа материала и снабженной смесительной камерой для охлаждения газов до нужной температуры наружным воздухом. [2]