3.6. Сушка

Сушка –это процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалу тепла. Этим сушка отличается от других методов удаления влаги, например, путем поглощения ее химическими реагентами или механического отделения. Цель сушки – улучшение качества материала (снижение его объемной массы, повышение прочности) и в этой связи увеличение возможностей его использования. Например, твердое топливо подсушивают для повышения теплоты сгорания, улучшения процесса горения, древесину – для увеличения прочности, предохранения от гниения и плесени, другие изделия – для облегчения обработки, увеличения долговечности, предотвращения усадки (сжатия), искривления и растрескивания.

В некоторых случаях перед сушкой материалов целесообразно предварительное обезвоживание их механическим или физико-химическим способом. Механическое обезвоживание (отжим, фильтрование) может широко применяться в тех или иных технологических процессах в зависимости от структуры материала и включать в технологическую схему специальные аппараты – прессы, центрифуги, вакуум-фильтры.

Механическое обезвоживание материалов более экономично, чем тепловая сушка, однако оно применимо только для материалов, допускающих деформацию. При этом одно механическое обезвоживание материала в большинстве случаев является недостаточным, т.к. оно обеспечивает только частичное удаление свободной влаги (до 4060 %). Поэтому часто комбинируют различные способы удаления влаги. В химической промышленности, например, после выпаривания применяют сушку, достоинством которой является возможность получения материала с любой конечной влажностью.

В химической и нефтехимической промышленности, где технологические процессы протекают в основном в жидкой фазе, конечные продукты имеют вид паст, зерен, крошки или пыли. Все это обуславливает выбор соответствующих методов сушки.

Сушку материалов можно производить естественным и искусственным путями. Естественная сушка производится за счет тепла наружного воздуха. Это и является основным недостатком естественной сушки в сравнении с искусственной, т.к. появляется зависимость продолжительности процесса от времени года. При естественной сушке материал высушивается до влажности, близкой к равновесной, соответствующей параметрам окружающего воздуха, которая в большинстве случаев является недостаточной для последующей технологической обработки материалов. Несмотря на кажущуюся простоту и относительную дешевизну, естественная сушка в химических и нефтехимических производствах не применяется.

Искусственная сушка материалов производится в специальных устройствах – сушилках, в которых сушильный агент, поглотивший пары влаги, отводится искусственным способом: при помощи вентиляторов, инжекторов, вытяжных труб и других устройств.

Механизм сушки влажных материалов определяется в основном формой связи с материалом и способом сушки. В основу классификации формы связи влаги с материалами принята схема, предложенная П.А. Ребиндером. Согласно этой схеме различают химическую, физико-химическую и механическую связи влаги с материалами. Физико-химическая связь, в свою очередь, подразделяется на адсорбционную и осмотическую, к которой также относят и структурную влагу. Механическая связь может быть подразделена на связь в макрокапиллярах и микрокапиллярах.

При сушке удаляется физико-химически и механически связанная влага. Химически связанная влага обычно не удаляется, т.к. это могло бы привести к разрушению материала. Задачей сушки в большинстве случаев является удаление влаги с сохранением всех ценных физико-химических свойств и качеств материала.

Наиболее распространены в химической технологии конвективный и контактный методы сушки. При конвективной сушке тепло передается от теплоносителя к поверхности высушиваемого материала. Теплоносители – воздух, инертные или дымовые газы. При контактной сушке тепло передается через обогревательную перегородку, соприкасающуюся с материалом. Несколько реже применяют радиационную сушку (инфракрасными лучами) и сушку электрическим током (высокой или промышленной частоты). Сублимационная сушка в химической технологии практически не получила распространение.

В технике и химической технологии сушку осуществляют двумя основными способами:

- нагреванием влажных материалов путем непосредственного контакта с газовым теплоносителем (воздух, топочные газы и др.) – газоваяиликонвективная сушка(рис. 4.56а);

- нагреванием влажных материалов через твердую перегородку – контактная сушка (рис. 4.56б).

Большинство твердых материалов способно поглощать влагу из окружающей среды или отдавать ее окружающей среде.

Окружающая влажный материал среда содержит либо водяной пар, либо смесь водяного пара с газами. Обозначим парциальное давление водяного пара , если он в смеси с газами или без них является окружающей средой.

Влаге, содержащейся в материале, соответствует определенное равновесное давление водяного пара над влажным высушиваемым материалом .

Увлажненный газ

Р

а)

а – конвективная; б – контактная; 1 – сушильная камера; 2 – калорифер; 3 – вентилятор