Сушка влажных отходов производства

Сушка представляет собой процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалу тепла, широко применяемый в химической, химико-фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Процесс сушки получил широкое распространение в области обработки осадков городских сточных вод (барабанные сушилки, сушка во встречных струях). Процессы термического удаления той части влаги, которую невозможно удалить механическим путем, могут также найти применение при обработке промышленных отходов, которые необходимо подготовить к транспортированию и дальнейшей переработке (например, гальванические шламы), а также при обработке отходов химической, пищевой и других отраслей промышленности. Сушка осуществляется несколькими способами:

· конвективным,

· контактным,

· радиационным

· комбинированными способами

Сушка – это тепломассообменный процесс, заключающийся в удалении влаги с поверхности материала и тесно связан с продвижением ее изнутри к поверхности.

Сущность метода тепловой обработки состоит в нагревании осадков до температуры 150 -200°С и выдерживании их при этой темпера- туре в закрытой емкости в течение 0,5-2 ч. В результате такой обработки происходит резкое изменение структуры осадка, около 40 % сухого вещества переходит в раствор, а оставшаяся часть приобретает водоотдающие свойства. Осадок после тепловой обработки быстро уплотняется до влажности 92-94 %, и его объем составляет 20 - 30 % от исходного.

По мере удаления влаги с поверхности материала за счет разности концентрации влаги внутри материала и на его поверхности, происходит движение влаги к поверхности путем диффузии. В некоторых случаях имеет место термодиффузия, когда движение влаги внутри материала происходит за счет уменьшения разности температур на поверхности и внутри материала. При конвективной сушке оба процесса имеют противоположное направление, а при сушке токами высокой частоты - одинаковое.

Конвективная сушка воздухом или газом является наиболее распространенной. В воздушной сушке, так же как и в газовой, тепло передается от теплоносителя непосредственно высушиваемому веществу. Для получения материала необходимого качества особое внимание должно уделяться технологическому режиму сушки, правильному выбору параметров теплоносителя и режиму процесса (выбор оптимальной температуры нагрева материала, его влажности и т.д.). Оптимальный режим сушки, влияющий на технологические свойства материала, зависит от связи влаги с материалом.

По технологическим признакам сушилки можно классифицировать следующим образом:

- по давлению (атмосферные и вакуумные);

- по периодичности процесса (периодического, полунепрерывного и непрерывного действия);

- по способу подвода тепла (конвективные, контактные, радиационные и сушилки с нагревом материала токами высокой частоты);

- по роду сушильного агента (воздушные, газовые и сушилки на перегретом или насыщенном паре);

- по направлению движения материала и теплоносителя (прямоточные, противоточные и перекрестного тока);

- по тепловой схеме (калориферные, с дополнительным внутренним обогревом, с рециркуляцией части отработанного воздуха, со ступенчатым подогревом и комбинированные, например, со ступенчатым подогревом и рециркуляцией);

- по способу обслуживания (с ручным обслуживанием и механизированные);

- по способу нагрева (с паровыми, огневыми воздухоподогревателями, путем смешения с продуктами сгорания, с электронагревом);

- по циркуляции теплоносителя (с естественной, искусственной циркуляцией, однократной и многократной циркуляцией).

Типовые конструкции сушилок подразделяют на:

1. шкафные,

2. камерные,

3. туннельные,

4. шахтные,

5. ленточные,

6. барабанные,

7. вальцевые (контактные),

8. пневматические,

9. с кипящим слоем,

10. вибрационные.

Задача №4. Расчет типовой барабанной сушилки

Задача. Подобрать барабанную сушилку для сушки механически обезвоженного осадка поступающего в количестве G1 = 672,9 кг/ч с влажностью w1 = 78 %. Влажность осадка на выходе из сушилки w2 = 25 %. Температура сушильного агента (дымовых газов) на входе в сушилку T1 = 800 °С, на выходе из сушилки Т2 = 250 °С. Температура осадка, поступающего на сушку, t1 = 20 °С, после сушильного барабана t2 = 70 °С. Теплоемкость осадка cм = 3,98 кДж/(кг*К). Напряжение барабана по влаге АV = 60 кг исп. вл./м ³.ч.

Решение:

Количество испаряемой влаги в процесс сушки:

W= G1*(w1-w2)/(100-w2)=672.9*(78-25)/(100-25)=475.5 кг/ч

Количество осадка, выгружаемого из сушилки:

G2 = 0,85 (G1 – W) = 0,85 (672,9 - 475,5) = 167,8 кг/ч,

где 0,85 - коэффициент, учитывающий унос сухого осадка с отводящими газами из сушилки.

Расход тепла на испарение влаги:

QW = W[(r0 + сп*T2) – cв*t1] = 475,5[(2490+1,97* 250) – 4,19*20]/3600 = 383 кВт,

где r0 = 2490 кДж/кг - теплота парообразования;

cп = 1,97 кДж/(кг*К) - теплоемкость водяного пара;

cв = 4,19 кДж/(кг*К) – теплоемкость воды.

Расход тепла на нагревание осадка:

QG = G2 cм (t2 – t1)/3600 = 167,8. 3,98 (70 - 20)/3600 = 9,3 кВт,

где см = 3,98 кДж/(кг*К) – теплоемкость осадка.

Потери тепла в окружающую среду:

Qп = 0,1 QW = 0,1*383 ≅ 38,3 кВт,

где 0,1 - коэффициент потери тепла в окружающую среду.

Общий расход тепла на сушку:

QΣ = QW + QG + Qп = 383 + 9,3 + 38,3= 430,6 кВт.

Расход топлива на сушку:

qt= QΣ *3600/(η*Qmin)= 3600*430,6 /(34270*0,82)=55м/ч

где η = 0,8…0,85 - КПД топки;

Qmin = 34270 кДж/м ³ - низшая теплотворная способность топлива.

Необходимый объем сушильного барабана:

V= 1,2*GW/AV= 1,2*475,5/60=9,5 м³,

где 1,2 - коэффициент, учитывающий заполнение барабана сушилки) означающий запас свободного объема 20%)