Специальные виды сушки и типы сушилок

К специальным видам сушки, относятся: радиационная, диэлектрическая и сублимационная. Соответ­ственно этим видам различают терморадиационные, высокочастотные и сублимационные сушилки.

Терморадиационные сушилки. В этих сушилках необходимое для сушки тепло сообщается инфракрасными лучами. Таким способом к мате­риалу можно подводить удельные потоки тепла (приходящиеся на 1 м³ его поверхности), в десятки раз превышающие соответствующие потоки при конвективной или контактной сушке. Поэтому при сушке инфракрас­ными лучами значительно увеличивается интенсивность испарения влаги из материала.

Однако при высушивании толстослойных материалов скорость сушки может определяться не скоростью подвода тепла, а скоростью внутренней диффузии влаги или требованиями, предъявляемыми к качеству высуши­ваемого материала (недопустимость коробления, нарушения структуры и т.п.). Кроме того, в начальный период радиационной сушки под дей­ствием высокого температурного градиента влага может перемещаться в глубь материала до тех пор, пока под действием большей, противоположно направленной движущей силы (за счет градиента влажности) не начнется испарение влаги из материала. В связи с этим терморадиационная сушка эффективна в основном для высушивания тонколистовых материалов или лакокрасочных покрытий.

Применяются терморадиационные сушилки с электрическим и газовым обогревом.

В качестве электрических излучателей используют зеркальные лампы или элементы сопротивления (панельные или трубчатые), а также керами­ческие нагреватели — электрические спирали, запрессованные в керами­ческой массе. Все эти нагреватели более сложны и инерционны, чем лам­повые, но обеспечивают большую равномерность сушки.

Рис. XVIII-18.

Газовый обогрев обычно проще и экономичнее электрического. При газовом обогреве излучателями являются металлические или керамиче­ские плиты, которые нагреваются либо открытым пламенем, либо продук­тами сгорания газов, По первой схеме обогрев излучающей панели (рис. XVIII-18,а) открытым пламенем газовых горелок 2 производится со стороны, обращенной к материалу, который перемещается на транспор­тере 3. Больший к. п. д. и лучшие условия труда достигаются при при­менении второй схемы — с нагревом продуктами сгорания газов, движу­щимися внутри излучателя 1 (рис. XVIII-18,б). Газ и горячий воздух посту­пают в горелку 2. Продукты сгорания из камеры 6 направляются на обогрев излучающей поверхности. На пути они подсасывают в эжекторе 7 часть отработанных (рециркулирующих) газов для увеличения скорости потока теплоносителя и повышения коэффициента теплоотдачи от газов к поверхности излучения. Тепло отходящих газов используют для нагрева воздуха, поступающего в горелку 2, и в некоторых случаях — для предва­рительной подсушки материала.

В современных радиационных сушилках с газовым обогревом эффективно используют также излучающие насадки с беспламенным горением. Сущность этого способа нагрева заключается в пропускании смеси газов с воздухом через пористую плиту из огне­упорного материала со скоростью, превышающей скорость воспламенения смеси. При этом горение сосредоточивается на внешней поверхности раскаленной плиты, испускаю­щей мощные потоки тепловой радиации.

Терморадиационные сушилки компактны и эффективны (для сушки тонколистовых материалов), но отличаются относительно высоким рас­ходом энергии: 1.5-2.5 квт×ч на 1 кг испаренной влаги, что ограничивает область их применения.

Высокочастотные (диэлектрические) сушилки. Для высушивания тол­стослойных материалов, когда необходимо регулировать температуру и влажность не только на поверхности, но и в глубине материала, в ряде случаев эффективно применение сушки в поле токов высокой частоты. Таким способом можно, в частности, сушить пластические массы и другие материалы, обладающие диэлектрическими свойствами.

Высокочастотная сушилка (рис. XVIII-19) состоит из лампового высоко­частотного генератора 1 и сушильной камеры 2. Переменный ток из сети поступает в выпрямитель 7, затем в генератор, где преобразуется в пере­менный ток высокой частоты. Этот ток подводится к пластинам конденса­торов 3 и 4, между которыми движется на ленте высушиваемый материал. Данная сушилка имеет две ленты 5 и 6, на которых последовательно высу­шивается материал. Под действием электрического поля высокой частоты ионы и электроны в материале (содержащего обычно некоторое количе­ство электролита, например, раствора солей) меняют направление движе­ния синхронно с изменением знака заряда пластин конденсатора; дипольные молекулы приобретают вращательное движение, а неполярные молекулы поляризуются за счет смещения их зарядов. Эти процессы, сопрово­ждаемые трением, приводят к выделению тепла и нагреванию высушивае­мого материала.

Изменяя напряженность электрического поля, можно регулировать температурный градиент между внутренними слоями материала и его поверхностью, т.е. регулировать скорость сушки, а также избирательно нагревать лишь одну из составных частей неоднородного материала.

В поле токов высокой частоты возможна быстрая (за счет усиленной термодиффузии влаги) и равномерная сушка толстослойных материалов. Однако сушка этим способом требует таких удельных расходов энергии, которые в несколько раз превышают соответствующие расходы при кон­вективной и контактной сушке (2.5-5 квт×ч на 1 кг испаренной влаги), Кроме того, оборудование сушилок является более сложным и дорогим в эксплуатации. Поэтому применение высокочастотной сушки рентабельно только в определенных условиях (например, для сушки дорогостоящих диэлектрических материалов) и требует технико-экономического обос­нования в каждом конкретном случае.

Сублимационные сушилки. Сушка материалов в замороженном состоя­нии, при которой находящая в них в виде льда влага переходит в пар, минуя жидкое состояние, называется сублимационной, или молекулярной. Сублимационная сушка проводится в глубоком вакууме (остаточное давление 1.0-0.1 мм рт. ст. или 133.3-13.3 н/м²) и соответственно — при низких температурах.

Принципиальная схема устройства сублимационной сушилки показана на рис. XVIII-20. В сушильной камере 1, называемой сублиматором, нахо­дятся пустотелые плиты 2, внутри которых циркулирует горячая вода. На плитах устанавливаются противни 3 с высушиваемым материалом, имеющие снизу небольшие бортики. Поэтому противни не соприкасаются поверхностью днища с плитами 2 и тепло от последних передается мате­риалу, преимущественно радиацией. Паро-воздушная смесь из сублима­тора 1 поступает в трубы конденсатора-вымораживателя 4, в межтрубном пространстве которого, циркулирует хладоагент, например аммиак. Конденсатор включается в один циркуляционный контур с испарителем аммиачной холодильной установки и соединяется с вакуум-насосом, пред­назначенным для отсасывания неконденсирующихся газов и воздуха. В трубах конденсатора происходят конденсация и замораживание водя­ных паров. Для более удобного удаления льда обычно используют два конденсатора (на рис. XVIII-20 условно показан один), которые попеременно работают и размораживаются.

Процесс удаления влаги из материала протекает в три стадии:

- при снижении давления в лущильной камере происходит быстрое самозамо­раживание влаги и сублимация льда за счет тепла, отдаваемого самим материалом (при этом удаляется до 15% всей влаги);

- удаление основной части влаги сублимацией, что соответствует периоду постоянной скорости сушки;

- удаление остаточной влаги тепловой сушкой.

Механизм переноса влаги (в виде пара) от поверхности испарения при сублимационной, или молекулярной, сушке специфичен: он происхо­дит путем эффузии, т.е. свободного движения молекул пара без взаимных столкновений их друг с другом.

Сушка проводится при осторожном и мягком обогреве замороженного материала водой, потому что количество передаваемого тепла не должно превышать его расхода на сублимацию льда без его плавления. Непосредственно на сушку сублимацией расходуется умеренное количество тепла низкого потенциала (при температуре 40-50 °С), но суммарный расход энергии и эксплуатационные расходы больше, чем при любом другом способе сушки, исключая сушку в поле токов высокой частоты.

Применение этого дорогостоящего способа сушки целесообразно лишь в тех случаях, когда к высушенному продукту предъявляются высокие требования в отношении сохранения его свойств при длительном хране­нии. В настоящее время путем сублимации сушат главным образом цен­ные продукты, не выдерживающие обычно тепловой сушки и требующие продолжительного сохранения их биологических свойств (пенициллин и некоторые другие медицинские препараты, плазма крови, высококачествен­ные пищевые продукты).

ЛЕКЦИЯ 11