Конвективные сушилки со взвешенным слоем материала

Сушилки 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. Сушилки с кипящим слоем в настоящее время успешно при­меняются в химической технологии не только для сушки сильносыпучих зернистых материалов (например, минеральных и органических солей), но и материалов, подверженных комкованию, например для сульфата аммония, поливинилхлорида, полиэтилена и некоторых других полиме­ров, а также пастообразных материалов (пигментов, анилиновых краси­телей), растворов, расплавов и суспензий.

Наиболее распространены однокамерные сушилки непрерыв­ного действия (рис. XVIII-7). 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.

Рис. XVIII-7.

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 среднего значения. Поэтому применяют сушилки с расширяющимися кверху сечением, например коническим, как показано на рис. XVIII-7. 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.

Многокамерные сушилки состоят из двух и более камер, через которые последовательно движется высушиваемый материал. Камеры располагаются либо рядом, либо одна над другой (рис. XVIII-8).

На рис. XVIII-8 показана двухкамерная сушилка НИИХиммаша, при­меняемая для высушивания полимерных материалов. Горячий воздух с большой скоростью (60-70 м/сек) подается через отвер­стия решетки, расположенной в нижней части каждой камеры. Материал поступает в верхнюю камеру 1, подсушивается в ней и пересыпается в нижнюю ка­меру 2, из которой удаляется высушенный материал. Воздух подается в каждую камеру от­дельно и отводится из камер в общий коллектор для очистки от пыли, после чего выбрасы­вается в атмосферу. Над ре­шеткой верхней камеры уста­новлен механический разрых­литель 3 для комкующегося высушиваемого материала.

Многокамерные сушилки бо­лее сложны по конструкции (и соответственно в эксплуатации), чем однокамерные, требуют больших удельных расходов сушильного агента и электроэнергии. Кроме того, процесс в них труднее поддается автоматизации. Применение много­камерных сушилок целесообразно лишь для материалов со значительным сопротивлением внутренней диффузии влаги, требующих длительной сушки, а также для материалов, нуждающихся в регулировании тем­пературного режима сушки (во избежание перегрева). В них удобно совмещать процессы сушки и охлаждения материала.

Для материалов, мало чувствительных к нагреву, применяют двух- и трехсекционные ступенчато-противоточные сушилки с кипящим слоем (рис. XVIII-9). 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 удаётся достичь равномерной сушки материалов, склоненных к слипанию, и кристаллических материалов без значительного истирания их частиц. В определенных условиях значения 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 с высоким влагосъемом с единицы объема сушильной камеры. Поэтому при сушке некоторых продуктов (например, солей) сушилки с кипящим слоем вытес­няют барабанные и менее эффективные сушилки других типов.

Методика расчета сушилок с кипящим слоем зависит от свойств мате­риала и формы связи с ним влаги.

Распылительные су­шилки. 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 становится столь большой, что процесс высушивания завершается чрезвычайно быстро (при­мерно за 15-30 сек).

В условиях почти мгно­венной сушки температура поверхности частиц материала, несмотря на высокую температуру сушильного агента, лишь немного превышает температуру адиабатического испарения чистой жидкости. Таким образом, достигается быстрая сушка в мягких температурных условиях, позволяющий получить качественный порошкообразный про­дукт, хорошо растворимый и не требующий дальнейшего измельчения. Возможна сушка и холодным теплоносителем, когда распыливаемый 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.

Рис. XVIII-10.

В распылительной сушилке (рис. XVIII-10) материал подается в камеру 1 через форсунку 2. Сушильный агент движется параллельным током с мате­риалом. Мелкие твердые частицы высушенного материала (размером до нескольких микрон) осаждаются на дно камеры и отводятся шнеком 3. Отработанный сушильный агент после очистки от пыли в циклоне 4 и рукавном фильтре 5 выбрасывается в атмосферу.

Распыление центробежными дисками (без давления) пригодно для диспергирования суспензий и вязких жидкостей, но требует значительно большего расхода энергии, чем механическое распыливание. Распиливание механическими форсунками, в которые жидкость подается насосом под давлением 30-200 am, 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 am, 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 смешанного тока. Однако прямоток особенно распространен, так как позволяет производить сушку при высоких температурах без перегрева материала, причем скорость осаждения частиц складывается в этом случае из скорости их витания и скорости сушильного агента (u_вит + u_с.а.).

При противотоке скорость осаждения меньше (u_вит + u_с.а.) и соответственно больше время пребывания частиц в камере. Это позволяет получать высушенный материал с большей плотностью.

Для осаждения мелких частиц (средний размер капель обычно состав­ляет 20-60 мкм) и уменьшения уноса скорость газов в камере, считая на ее полное сечение, обычно не превышает 0.3-0.5 м/сек. Но даже при таких скоростях унос значителен и требуется хорошее обеспыливание отработанных газов. Для более равномерного распределения сушильного агента по сечению камеры и хорошего смешивания с каплями высушивае­мой жидкости используют ввод газа через штуцер, расположенный каса­тельно к корпусу камеры, или через ряд щелей, по ее окружности.

Значения А для распылительных сушилок невеликий В определенных условиях они достигают 10-14 кг/(м³×ч). Вследствие относительно низ­кого напряжения камеры по влаге распылительные сушилки представляют собой довольно громоздкие аппараты. Кроме того, оборудование сушилок (распыливающие и пылеулавливающие устройства) является довольно сложным и дорогим в эксплуатации.