Конвективные сушилки

В конвективных сушилках, нашедших большое распространение в промышленности, высушиваемый материал может находиться в непод­вижном или движущемся плотном слое (сушка в туннельных, камерных, ленточных и др. сушилках), а также во взвешенном и полу взвешенном со­стоянии (сушка в барабанных, шахтных сушилках, трубах-сушилках, су­шилках с кипящим и виброкипящим слоем и т.д.).

Теплоносителями (которые одновременно являются и сушильными агентами) в конвективных сушилках служат: нагретый воздух, топочные газы и их смеси с воздухом, инертные газы, перегретый водяной пар. При движении сушильного агента вдоль материала, имеющего температуру меньшую, чем температура агента, происходит конвективный теплообмен между сушильным агентом и материалом, испарение влаги из материала и ее удаление вместе с влажным агентом из сушилки.

Существенным недостатком конвективного метода сушки является сравнительно низкая интенсивность вследствие движения влаги внутри материала к его поверхности только за счет перепада влажности между внутренними и наружными слоями материала. Так как температура в цен­тре материала меньше, чем на поверхности, то температурный градиент оказывает отрицательное влияние и тормозит процесс сушки материала.

В качестве примеров рассмотрим устройство и работу калориферной туннельной сушилки, сушилки «кипящего слоя» (КС) и дымогазовой су­шилки.

В калориферных конвективных сушилках (принципиальная схема ка­лориферной сушилки показана на рис. 6.45) нагрев сушильного агента (га­за или воздуха) производится в калориферах 2. Этот тип сушилок исполь­зуется для сушки твердых компактных и кусковых, волокнистых, сыпучих, измельченных, пастообразных и других материалов, для перемещения ко­торых используются транспортные приспособления 4. Калориферы могут располагаться внутри или снаружи сушильной камеры 3. В качестве теп­лоносителей применяются водяной пар, горячая и перегретая вода, дымо­вые газы, органические теплоносители. Во многих случаях нагрев сушиль­ного агента производится электронагревателями (ТЭНами).

Устройство каждой конкретной сушилки зависит от вида высушивае­мого материала, длительности его сушки, способа транспортировки и дру­гих факторов. Укрытия сушилок имеют различную форму (камера, тун­нель, барабан, шахта и т.д.), бывают герметичными или имеют открытые проемы. Вентиляторы 1 размещаются как перед сушилкой, так и после или внутри нее, благодаря чему создается определенный режим давления в су­шилке.

При необходимости создания «мягких» режимов работы, что очень важно для получения высушиваемых материалов высокого качества, или в целях экономии тепла сушилки могут работать с рециркуляцией сушильно­го агента. При сушке с рециркуляцией выходящий из сушилки отработан­ный сушильный агент не выбрасывается полностью наружу, а частично по линии рециркуляции 6 возвращается на вход в сушилку. Другая часть от­работанного сушильного агента удаляется из системы, а взамен его пода­ется свежий агент (частичная рециркуляция). Отношение количества аген­та, направляемого обратно в сушилку, к общему количеству агента, прохо­дящего по сушилке, называется коэффициентом рециркуляции К_р:

(6.80)

где Q_p - расход сушильного агента в линии рециркуляции; Q_общ - общий расход сушильного агента; Q_c - расход свежего сушильного агента.

С увеличением коэффициента рециркуляции снижаются затраты теп­ла (энергии) на проведение процесса сушки, улучшается качество сушки, но увеличивается концентрация паров влаги в сушилке, что может привес­ти к образованию взрывоопасных смесей.

Туннельные сушилки применяются для сушки больших количеств долго сохнущих материалов. На рис. 6.46 показана схема конвектив­ной калориферной туннельной сушилки.

Высушиваемый материал медленно перемещается в таких сушилках на вагонетках или тележках. Туннель 1 обычно представляет собой закры­тый коридор, на вход в который через двери 8 подаются транспортные устройства (в данном случае вагонетки 7) с влажным материалом. Пере­движение вагонеток по туннелю осуществляется с помощью лебедок или цепного конвейера (на схеме не показаны). Со стороны входа вагонеток в туннеле расположен вентилятор 5, при помощи которого воздух просасы­вается через туннель, что обеспечивает противоточное движение сушиль­ного агента и материала. Нагревание воздуха производится в подогревате­ле 6. Выгрузка вагонеток с высушенным материалом производится через двери с противоположной стороны туннеля одновременно с загрузкой, после чего двери с обоих концов туннеля закрываются. Длина туннеля достигает 60 м, ширина - 6м, высота - Зм.

Существенным недостатком туннельных сушилок является неравно­мерность сушки материала вследствие расслоения нагретого и холодного воздуха, что вызывает необходимость увеличения скорости движения су­шильного агента и длины коридора.

Сушилки с кипящим (псевдоожиженным) слоем высушиваемого ма­териала типа КС (КС - кипящий слой) успешно применяются в химиче­ской технологии для сушки сыпучих, зернистых и измельченных материа­лов, не подверженных комкованию (поливинилхлорида, полиэтилена и т.п. материалов). Процесс сушки материала 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 КС имеют корпус цилиндрической или расширяющейся вверх конической формы, внутри которого на распределительной решетке находится в «ки­пящем» (псевдоожиженном) состоянии высушиваемый материал.

На рис. 6.47 показана однокамерная сушилка КС непре­рывного действия. Для создания кипящего слоя воздух нагнетается венти­лятором 8 в смеситель 7, где смешивается с топочными газами. Отсюда на­гретый газ поступает в нижнюю часть сушильной камеры - под распреде­лительную решетку 6. Высушиваемый материал шнековым питателем 9 подается в верхнюю часть сушильной камеры 1 и образует «кипящий» слой в восходящем токе газа, проходящего через отверстия в решетке 6.

Благодаря возникновению подъемной силы частички материала витают в слое, гидродинамические свойства которого подобны жидкости. Высу­шенный материал пересыпается через порог 3 в приемный бункер 4, а за­тем на транспортер 5. Мелкие частицы материала, уносимые потоком сушильного агента, отделяются в циклоне 2.

К достоинствам сушилок с «кипящим» слоем высушиваемого мате­риала относятся: высокая интенсивность сушки; высокая эффективность использования тепла сушильного агента; возможность использования су­шильного агента с более высокой температурой (по сравнению с другими сушилками) вследствие кратковременности контакта с термочувствитель­ным материалом; возможность автоматического регулирования процесса.

Недостатки таких сушилок связаны с невозможностью сушки мате­риалов с высокой начальной влажностью и крупными размерами частиц (из-за трудности псевдоожижения), высоким гидравлическим сопротивле­нием, истиранием и уносом материала, а также необходимостью устройст­ва сложной системы очистки отработанного сушильного агента от унесен­ной пыли (выходящий из циклона 2 воздух направляется на дополнитель­ную очистку от унесенной пыли в рукавный фильтр или гидроциклон).

Конвективные сушилки, работающие на смеси дымовых газов с воз­духом, широко используются, в первую очередь, в сельском хозяйстве. Дымовые газы в большинстве случаев получаются в специальных топках при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива (иногда ис­пользуют дымовые газы промышленных печей). Для получения сушильно­го агента с требуемой температурой дымовые газы разбавляют воздухом. Подобного рода сушилки применяются для сушки древесины (строитель­ной и технологической), древесных отходов, хлопка, льна, тканей, зерна, сена, хвойной и сенной муки, каменного угля, торфа и т.п. материалов. В зависимости от вида сырья температура дымогазовой смеси, поступающей в зону сушки, обычно поддерживается в пределах 80-180 °С. Дымогазовые сушилки являются одними из наиболее экономичных типов сушилок.

Рассмотрим устройство и работу конвективной шахтной дымогазовой зерносушилки (рис. 6.48).

Топочные газы, имеющие температуру 700-1000 °С, очищаются от зо­лы, твердых несгоревших частиц топлива и искр и направляются в смеси­тельную камеру 5, куда из атмосферы подсасывается свежий воздух. В воздухозаборнике 3 смесительной камеры имеется шибер 4 для регулиро­вания подачи воздуха. Из смесительной камеры сушильный агент вентиля­тором 6 через распределяющие желоба 1 нагнетается в сушильную камеру 2, которая представляет собой вертикальную шахту обычно квадратного сечения (1x1 м² и более). Высота шахты достигает 6-8 м.

Влажное зерно загружается в верхнюю часть сушильной камеры и движется по ней вниз самотеком, проходя последовательно зоны сушки и охлаждения. Регулирование времени пребывания зерна в сушилке произ­водится с помощью клапана-мигалки (или шибера) 7. Охлаждение зерна производится воздухом, подаваемым в сушилку через распределяющие желоба вентилятором 8. Дымогазовые сушилки имеют существенный не­достаток: высушиваемые материалы загрязняются продуктами пиролиза топлив, золой и сажей.

Дымогазовые конвективные сушилки изготовляют стационарными и передвижными, периодического и непрерывного действия. По конструк­ции (форме корпуса и его расположению в пространстве) эти сушилки бы­вают: шахтные, камерные, барабанные, ленточные и др.