§ 15.2. Пожарная опасность и профилактика процессов сушки

Сушкой называется тепловой процесс удаления влаги из твердых материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Влагу можно удалять из материалов и механическими способами, например отжимом, отстаиванием, центрифугированием. Однако более полное удаление влаги достигается при тепловой сушке.

Под влагой понимают любую жидкость (горючую и негорючую), находящуюся в данном материале. Количество влаги, выраженное в процентах, называется влажностью материала. Влажность может быть выражена двояко:

по отношению к общей массе материала (включая и находящуюся в нем влагу):

, (15.2)

где w — относительная влажность;

по отношению к массе абсолютно сухого вещества:

, (15.3)

где w^c — влагосодержание.

По физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду. Удаление влаги при сушке сводится к перемещению влаги из объема материала к поверхности и переносу ее с поверхности материала в окружающую среду.

Скорость сушки N определяется уменьшением влажности материала за некоторый бесконечно малый промежуток времени, то есть выражается отношением

-. (15.4)

Скорость сушки можно определить графически (рис. 15.3). Для данного материала (при определенной влажности) скорость сушки будет выражаться тангенсом угла наклона касательной, проведенной к точке кривой, отвечающей влажности материала. В общем случае кривая имеет несколько участков, соответствующих различным периодам. В начальный момент (отрезок АВ) материал про­гревается, увеличивается интенсивность испарения, влажность уменьшается. В этот период температура поверхности материал t_M повышается до температуры мокрого термометра t_M._T. Скорость сушки возрастает и к концу прогрева достигает максимальной величины (в точке В). После точки В (до точки С) содержание влаги уменьшается по линейному закону. При этом температуры на поверхности и в глубине образца равны температуре мокрого термометрa

(t_м = t_ц=tм.t = t_const) и остаются неизменными. Скорость сушки постоянна. Период ВС называется первым периодом сушки, и характеризуется постоянным коэффициентом теплообмена и постоянной скоростью сушки. Первый период продолжается до критического влагосодержания, характеризующегося точкой С. Начиная с этого момента, температура поверхности материала повышается с течением времени, а скорость сушки уменьшается (кривая CD). Сушка оканчивается при достижении равновесной влажности материала, являющейся предельной, до которой можно высушить материал данным теплоносителем. Период сушки CD называется вторым. Он характеризуется падающей скоростью.

Рис. 15.3. Кривые сушки: a — изменение влажности материала в зависимости от времени сушки; б — изменекие скорости сушки в зависимости от времени

Рис. 15.4. Кривая скорости сушки

Кривые скорости сушки строят в координатах N—w^c (скорость сушки — влагосодержание материала). На рис. 15.4 показана кривая скорости сушки, соответствующая графику сушки, представленному на рис. 15.3. Горизонтальный отрезок ВС отвечает периоду постоянной скорости (первый период), отрезок CD — периоду падающей скорости (второй период).

В первый период происходит интенсивное поверхностное испарение свободной влаги. Поэтому скорость большая и постоянная. В точке С наступает момент, когда влага к поверхности должна поступать из глубинных слоев и скорость сушки определяется скоростью внутренней диффузии влаги из глубины материала к его поверхности. Скорость сушки падает вплоть до нуля при достижении равновесной влажности в точке D.

Скорость сушки определяет интенсивность испарения влаги из материала /, которая характеризуется массой влаги G_Bn, испаряемой с единицы поверхности материала в единицу времени:

. (15.5)

где τ — продолжительность сушки; s — отношение объема высушиваемого материала к его поверхности (s=V/F); p₀ — плотность абсолютно сухого материала; F—поверхность испарения.

Процесс сушки осуществляется в специальных устройствах — сушилках. Существуют разные типы сушилок, отличающиеся по конструкции, способу подвода тепла, способу организации самого процесса, величине давления и другим параметрам.

По конструкции различают камерные, туннельные, шахтные, ленточные, барабанные, вальцовые сушилки, а также сушилки с «кипящим» слоем. По способу подвода тепла сушилки бывают конвективные, контактные, радиационные, специальные (диэлектрические, сублимационные, комбинированные), по способу организации процесса — периодические и непрерывные, по величине применяемого давления — атмосферные и вакуумные.

Конвективные сушилки. В технологических процессах производств они наиболее распространены. На рис. 15.5 показана сушильная установка с конвекционной камерой 3.

Рис. 15.5. Схема сушильной установки с конвекционной камерой: 1 — вентиляторы; 2 — подогреватели;

3 — сушильная камера; 4 —транспортные приспособления; 5—рециркуляционная линия

Камера непрерывного действия. С помощью транспортных устройств 4 в камере продвигается высушиваемый материал. Сушильный агент вентиляторами / подается в подогреватель 2 и, нагревшись до заданной температуры, поступает в сушильную камеру, где происходит сушка. Теплоноситель насыщается парами жидкости, испаряющейся из высушиваемого материала, и покидает камеру. Высушиваемый материал также выводится из камеры. При сушке с рециркуляцией часть теплоносителя вновь подается в сушильную камеру по рецир-,1цуляционной линии 5, что создает более мягкий режим работы и способствует экономии тепловой энергии.

В конвективных сушилках сушка осуществляется путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом (теплоносителем). В качестве теплоносителя используются нагретый воздух, топочные газы в смеси с воздухом, инертные газы, перегретые водяные пары и др. Недостаток конвективного способа сушки — сравнительно низкая интенсивность процесса. Объясняется это тем, что при сушке в глубине материала температура меньше, чем на поверхности, то есть перепад температур имеет отрицательное влияние и тормозит движение влаги к поверхности.

Пожарная опасность конвективных сушилок обусловливается прежде всего наличием горючей среды и возможностью образования взрывоопасных паровоздушных концентраций при нарушении нормального режима эксплуатации. Концентрация пара растворителя в сушильной камере увеличивается в следующих случаях: при увеличении интенсивности испарения (из-за перегрузки камеры, из-за подачи на сушку материалов с более развитой поверхностью испарения или с повышенным содержанием растворителя); при остановке вентилятора (или уменьшении его производительности из-за увеличения сопротивления линий);

при работе сушилки с большим коэффициентом рециркуляции; при повышении температуры в сушилке (из-за интенсификации работы калориферов).

Количество горючей жидкости, испаряющейся из материала, можно определить из уравнения материального баланса сушки:

G_Bл=G₁-G₂, (15.6)

где Gвл — количество жидкости, удаляемой из материала при сушке; G₁ — количество материала, поступившего в сушилку; G₂ — количество материала, вышедшего из сушилки.

Если учесть, что количество абсолютно сухого вещества в материале не изменяется (G_cyx=const), можно составить уравнение материального баланса по сухому веществу:

(15.7)

где w₁ — влажность материала при входе в сушилку; а»₂ — влаж­ность материала при выходе из сушилки. Из (15.7) следует, что Подставляя в (15.6) вместо G₂ его значение из (15.8), устанав­ливаем, что количество горючей жидкости, испаряющейся из мате­риала при сушке, можно вычислить, зная количество материала, поступающего в сушилку, и величину влажности до и после су­шилки:

. (15.9)

Точно так же можно определить G_BJl по известному количеству материала, выходящего из сушилки, и величине влажности до и после сушилки:

(15.I0)

Количество воздуха L, которое следует подавать в сушилку по условиям пожаровзрывобезопасности, можно определить из уравнения материального баланса. При установившемся процессе сушки и при отсутствии потерь количество влаги, поступающее в сушил­ку с материалом и воздухом, равно количеству влаги, уходящему из сушилки с высушенным материалом и отработанным воздухом:

. (15.11)

где L — количество сухого воздуха, необходимого для сушки; φ_нач — массовая концентрация влаги в воздухе до сушилки; φ_K0H — массовая концентрация влаги в воздухе после сушилки. Из (15.11) находим:

(15.12)

откуда общий расход воздуха на сушку

или (15.13)

где р_г — плотность воздуха при данной температуре; V — объемный расход воздуха.

Когда сушилка работает без рециркуляции и удаляется летучий растворитель, концентрацию φ_нач до сушилки можно принять равной нулю. Концентрацию φ_кон после сушилки по условиям пожаровзрывобезопасности следует принять равной нижнему пределу воспламенения. Для сушилок, в которых постоянно пребывают люди, φ_кон следует принимать равной предельно допустимой концентрации (ПДК) в воздухе рабочей зоны согласно санитарным нормам.

В целях исключения образования взрывоопасных концентраций предусматривается:

контроль за концентрацией паров в сушильных камерах путем отбора проб или с помощью стационарных газоанализаторов;

автоматическое регулирование заданной температуры за счет изменения количества теплоносителя:

автоблокировка, обеспечивающая отключение системы обогрева и прекращение подачи материала в сушилку в случае остановки вентилятора.

В случае сушки измельченных и порошковых материалов возможно образование пылевоздушных взрывоопасных смесей. Концентрацию пыли φ_п в таких смесях определяют по формуле

(15.14).

где G_п — количество уносимой в воздух пыли; G_B — количество воздуха или газа, проходящее через сушильную камеру; w_B — скорость движения воздуха в камере;

F_K' — площадь сечения камеры; р_в — Плотность воздуха.

Количество поступающей в воздух пыли рассчитать очень трудно (определяют исходя из материального баланса производства как разность между расчетным количеством высушенного материала и его действительным количеством, поступившим на склад, ротовой продукции).

Количество подаваемого в сушилку воздуха следует определять Из условия, чтобы концентрация пыли была меньше нижнего предела воспламенения. Если это условие выполнить нельзя, сушку следует производить в среде инертного газа.

В целях пожарной профилактики при сушке измельченных материалов необходимо:

исключить возможность отложения пыли в воздуховодах, на: стенах камер, в калориферах и т. п.;

регулярно производить очистку от пыли камер, оборудования помещений;

тщательно очищать от пыли отработанный воздух с помощью циклонов, фильтров, пенных камер, скрубберов;

защищать сушильные камеры предохранительными взрывными клапанами (при φ_н≤65 г/м³)

Источниками зажигания взрывоопасных смесей в конвективных сушилках могут быть искры удара и трения, перегрев и воспламенение высушиваемых материалов и их отходов, самовозгорание высушиваемых материалов и их отходов при контакте с калориферами, а также от разрядов статического электричества ЛВ дымогазовых сушилках искры могут попадать в сушильную камеру из топки при неполном сгорании топлива. В сушилках непрерывного действия при остановке транспортных устройств высушиваемый материал воспламеняется в результате длительного воздействия источников тепла. Мерами пожарной профилактики предусматривается:

автоматическая блокировка, обеспечивающая отключение нагревательных устройств при уменьшении скорости движения или остановке транспортных устройств;

установка автоматических регуляторов температуры для поддержания нормального температурного режима;

очистка камер, помещений, транспортных устройств от пыли и отходов, имеющих склонность к самовозгоранию;

исключение образования искр и выделения теплоты трения при наматывании волокнистых и других материалов на валы барабанов, транспортеров, вентиляторов;

исключение попадания горючих материалов на греющие поверхности калориферов (калориферы рекомендуется располагать в верхней части камеры или вне камер);

заземление металлических элементов сушилок для отвода статического электричества, образующегося при сушке диэлектриков.

Развитию и распространению пожара в сушилках способствуют большое количество сгораемых материалов, система вентиляции, транспортные устройства, технологические проемы. Поэтому мерами пожарной профилактики предусматривается:

исключение перегрузки сушильных цехов высушиваемыми материалами; для каждой сушилки устанавливается предельно допустимая норма загрузки материалом;

оборудование сушилок самостоятельной системой вентиляции, не связанной с вентиляцией цеха;

исключение отложений пыли или горючего конденсата в системе вентиляции; очистка воздуховодов от пыли и других отложений.

Для лучшего уяснения пожарной опасности процесса сушки необходимо рассмотреть устройство и работу некоторых видов сушилок.

В калориферных сушилках (рис. 15.5) теплоноситель (воздух или газ) нагревается в калориферах 2. Они широко используются в промышленности для сушки твердых, сыпучих, волокнистых, измельченных материалов, паст и т. д. Калориферы могут располагаться вне и внутри сушильных камер и обогреваться паром, топочными газами, горячей водой, высокотемпературными теплоносителями, с помощью электротока.

Камерные сушилки (рис. 15.6) работают периодически. Имеют прямоугольную камеру, в которую помещается высушиваемый материал 4 (в вагонетках, лотках, противнях). Циркуляция теплоносителя осуществляется принудительно с помощью вентиляторов /; может применяться и естественная циркуляция. Подогрев осуществляется с помощью калориферов 2.

Туннельные сушилки (рис. 15.7) имеют туннель (длинный коридор), в который поступает влажный материал 8 (на тележках, в вагонах и т. д.). Воздух забирается через жалюзийную камеру 5 вентилятором 6, прогоняется через калорифер 7 и поступает в туннель, где движется противотоком (или прямотоком) относительно движения высушиваемого материала. Сушка может осуществляться методом рециркуляции с использованием шиберов 2 я 3.

Шахтные (полочные) сушилки системы В. И. Строганова (рис. 15.8) применяются для сушки сыпучих материалов (полистирола, синтетических смол, катализаторов и т. д.). Материал, подлежащий высушиванию, подается на верхнюю полку, которая со стоит из пластин, поворачивающихся на 90°.

Рис. 15.6. Схема камерной сушилки с внутренними вентиляторами: / — осевые вентиляторы;

2 — калориферы; 3— каналы для воздуха; 4 — высушиваемый материал; 5 — направляющие экраны (щитки); 6 — тележка

Рис. 15.7. Схема туннельной сушилки: / — сушильная камера; 2, 3 — шиберы для регулирования расхода воздуха; 4 — вытяжная труба; 5 — жалюзийная камера; 6 — осевой вентилятор; 7—калорифер; 8 — высушиваемый материал; 9 — двери

При одновременном повороте всех пластин материал пересыпается на нижележащую полку и далее процесс периодически повторяется. Воздух вентилятором / подается в калорифер 2, подогревается и затем поступает в сушилку, где проходит между полками. Из камеры воздух поступает в циклон 4 и рукавный фильтр 5 на очистку от пыли.

Рис. 15.8. Схема шахтной сушилки с опрокидывающимися полками: / — венти­лятор; 2 — калорифер; 3 —поворачивающиеся полки; 4 — циклон; 5 —рукавный фильтр; 6 — шнек для выгрузки высушенного материала

Рис. 15.9. Схема однокамерной сушилки с кипящим слоем: /, 8 — вентиляторы; 2— калорифер;

3— приемный бункер влажного материала; 4 — шнек; 5 — камера; 6 — циклон; 7—батарейный циклон;

9— конденсатор; 10— пенный фильтр для очистки от пыли отработанного газа; // — сепаратор;

12 — сборник горючей жидкости; 13— транспортер; 14 — питатель; 15 — распределительная решетка;

16 — керамический фильтр; 17 — линия инертного газа

Сушилки с «кипящим» слоем (рис. 15.9) используются для сушки сыпучих зернистых материалов, а также материалов, подверженных комкованию (полиэтилен, поливинилхлорид и др.), пастообразных материалов (пигментов, сгущенного молока, красителей), растворов, расплавов, суспензий. Высушиваемый материал (дается в камеру 5 шнеком 4 из бункера 3. Воздух вентилятором / Задается в калорифер 2, где нагревается и направляется в сушильную камеру 5. Проходя через слой высушиваемого материала, воз-ikjFjc переводит частицы во «взвешенное» состояние, высушивает их и направляет в циклонные установки 6, 7 и пенные фильтры 10 очистки от пыли. Высушенный материал через¹ питатель 14 погружает на транспортер 13. Процесс сушки в кипящем слое позволяет во много раз интенсифицировать испарение влаги из материала сокращать (до нескольких минут) продолжительность высушивания.

Дымогазовые сушилки работают с использованием в качестве теплоносителя смеси дымовых газов с воздухом. Топочные газы в большинстве случаев получают в специальных топках при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива. Их разбавляют воздухом до требуемой температуры. Подобного рода сушилки используют для сушки древесины, зерна, древесных отходов, хлопка, зерна, угля, торфа и др.

Дымогазовые сушилки весьма экономичны. По конструкции они бывают туннельными, камерными, шахтными, барабанными, кипящего слоя и т. д. На рис. 15.10 показана схема барабанной дымогазовой сушилки.

Рис. 15.10. Схема барабанной сушилки: / — вентилятор; 2 — топка; 3 — растопочная труба;

4 — воздухозаборная труба; 5 — питатель-дозатор; 6 — самотечная труба; 7 — сушилка; 8 — циклон;

9 — затворы; 10 — скруббер; 11 — насос; 12 — емкость; 13 — дымосос; 14 — транспортер;

15 — смесительная камера

Высушиваемый материал поступает в барабан 7 КЗ питателя-дозатора 5. Газы из топки 2 поступают в смесительную камеру 15, где смешиваются с воздухом, поступающим из трубы 4, И направляются в сушильный барабан 7. При вращении барабана ..Высушиваемый материал перемешивается с помощью лопаток. Высушенный материал через затвор 9 попадает на транспортер 14.

Отработанные газы направляются в циклон 8, а затем в скруббер 10 для очистки от пыли.

В терморадиационных сушилках тепло, необходимое для высушивания материала, сообщается инфракрасными лучами. К материалу подводятся большие удельные потоки тепла, в десятки paз превышающие соответствующие потоки при конвективной сушке. Однако инфракрасные лучи нагревают только поверхностный слой материала (до 2 мм), поэтому терморадиационная сушка эффективна в основном при высушивании тонколистовых материалов или лакокрасочных покрытий.

Терморадиационные сушилки бывают переносные, камерные, туннельные.

По виду источников энергии различают сушилки ламповые и панельные. Ламповые сушилки представляют собой камеру, в которой высушиваемый материал (изделие) передвигается на конвейере и облучается со всех сторон лампами накаливания. При сушке лакокрасочных покрытий металлических изделий темпера­тура воздуха принимается равной 100...110° С, температура изде­лия 140...170° С, температура лампового излучателя 350...380° С. При сушке окрашенной древесины температура на ее поверхности колеблется в пределах 45...100° С.

В качестве излучателей в панельных сушилках используют пустотелые панели (стальные, чугунные, керамические трубы или плиты), которые обогреваются электроэнергией или газом. Газовый обогрев экономичнее электрического, особенно в случае примене­ния беспламенных панельных горелок. На рис. 15.11 приведена схема сушилки с газовым обогревом.

Рис. 15.11. Схема терморадиационной сушилки с газовым обогревом: / — камера сгорания; 2 — газовая горелка; 3 — эжектор; 4 — линия горячего воздуха; 5 — рециркуляционная линия; 6 — панель излучения;

7 — воздухоподогреватель; 8 — вентилятор; 9 — транспортер; 10 — высушиваемый материал

Высушиваемый материал 10 с помощью транспортера продвигается под панелью излучения 6, в которую подают горячие продукты горения газа, поступающие из камеры сгорания /. Тепло отходящих газов используют для нагрева воздуха (в подогревателе 7), поступающего в горелки. Удаление паров из сушильной камеры осуществляется вентилятором.

Особенность пожарной опасности терморадиационных сушилок состоит в том, что воздействие лучистого тепла может привести к самовоспламенению материалов, подвергаемых сушке, или вызвать развитие процессов теплового самовозгорания отходов и горючих отложений. Перегрев и воспламенение горючих материалов может иметь место в следующих случаях: в результате применения ламп .большой мощности или подачи большего количества топлива в газовые горелки; при остановке конвейера (при работающих нагревателях); при уменьшении расстояния между излучателями и высушиваемым материалом.

Количество тепла, которое воспринимает высушиваемый мате­риал от излучателя (в зависимости от расстояния между ними),

можно определить по формуле

, (15.15)

где Q — количество тепла, воспринимаемое материалом; ε_пр — приведенный коэффициент излучения; t_u t₂ — температура поверхности излучения и температура материала; г — расстояние между излу­чающей и воспринимающей поверхностями;

H —величина, зависящая от площади излучающей и воспринимающей поверхности, а также от коэффициентов облученности.

Условие пожарной безопасности для терморадиационных сушилок можно записать: q_м<q_кp, (15.16)

.то есть плотность облучения сгораемых материалов, которые подвергаются терморадиационной сушке, не должна превышать критической плотности теплового потока для данного материала. С учетом того, что F₁=.F₂, a

и , (15.17)

условие (15.16) можно записать:

. (15.18)

где φ_1-2 — средний коэффициент облученности; F₁ — площадь излучающей поверхности; F₂ — площадь материала.

При оценке пожарной опасности следует учитывать температуру самонагревания высушиваемых материалов. Пожарная безопасность будет обеспечена в том случае, если температура высушиваемого материала не будет превышать температуры его самонагревания. С учетом сказанного уравнение (15.18) примет вид:

. (15.19)

где t_Cн — температура самонагревания высушиваемого материала.

В качестве мер пожарной профилактики при использовании данных сушилок предусматривается:

автоматический контроль за температурным режимом (контролируется температура уходящих газов и поверхностей излучателей);

автоматическое регулирование подачи топлива (или напряжения) при изменении температуры в сушильных камерах;

соблюдение безопасных расстояний между излучателями и высушиваемым материалом;

исключение повреждения ламп и попадания раскаленных спиралей и стекол электроламп на высушиваемый материал (контроль за состоянием ламп, регулярная замена неисправных на новые, использование устройств для охлаждения контактов и цоколей-ламп);

исключение попадания раскаленных кусочков керамики на сгораемый материал (безопасное расположение панелей, контроль за состоянием их поверхностей).

Высокочастотные (диэлектрические) сушилки применяются при высушивании толстослойных материалов. При помощи их сушат древесину, пластмассы, а также другие материалы, обладающие диэлектрическими свойствами.

Высокочастотная сушилка (рис. 15.12) состоит из лампового высокочастотного генератора 3 и сушильной камеры 6. Переменный ток из сети поступает в выпрямитель, затем в генератор, где преобразуется в переменный ток частотой 10³ Гц...25 МГц. Этот ток подводится к пластинам конденсаторов 2 и 5, между которыми движется на ленте высушиваемый материал.

Рис. 15.12. Схема сушилки ТВЧ для измельченных материалов: / — загрузочная воронка; 2, 5 — пластины конденсатора; 3 — ламповый высокочастотный генератор; 4 — транспортеры с высушиваемым материалом; б —сушильная камера

Под действием электрического поля высокой частоты ионы и электроны в материале меняют направление движения синхронно с изменением знака заряда пластин конденсатора. Дипольные молекулы приобретают вращательное движение, а неполярные поляризуются за счет смещения :зарядов.

Эти процессы, сопровождаемые трением, приводят к выделению ила и нагреванию высушиваемого материала. Меняя напряжен-сть электрического поля, можно регулировать скорость сушки.

Выделение энергии в единице объема материала можно оценить по уравнению

Q = 0,55fЕ²εtg(90°—φ)10^-10, (15.20)

где Q — количество тепловой энергии; f — частота тока; Е—-напряженность электрического поля; d — расстояние между пластинами конденсатора; е — диэлектрическая проницаемость материала; φ — угол сдвига фаз между током и напряжением (V) в рабочем конденсаторе.

Пожарная опасность высокочастотных сушилок обусловлена наличием большого количества сгораемых материалов, специфических источников зажигания и сложного высокочастотного оборудования. К специфическим источникам зажигания прежде всего следует отнести электрический пробой и искрение между электродами или между электродами и материалом. Эти явления могут иметь место при подаче повышенного напряжения на электроды, при наличии сплошной пленки жидкости (влажный материал), при по­вреждении электродов, несоответствии габаритов высушиваемых материалов, при образовании воздушных зазоров между древесиной и электродами. Специфическим для высокочастотных сушилок является местный перегрев, ведущий к загоранию высушиваемого материала (древесины) и неисправности электрической части сушилки.

В целях мер пожарной профилактики следует:

интенсивность нагрева повышать не за счет увеличения напряжения, а за счет применения токов высокой частоты;

соблюдать правила укладки материалов (одинаковой длины, сорта, влажности, сечения и т. п.) во избежание искрения и местного перегрева отдельных участков;

исключить попадание в материал мусора, сучков, опилок, стружек, металлических включений;

исключить попадание капель конденсата (смолы) на пластины

конденсаторов во избежание возгорания жидкости;

размещать электрические части сушилок изолированно от сушильной камеры.

В контактных сушилках передача тепла от теплоносителя к высушиваемому материалу осуществляется через разделяющую их стенку. Простейшими контактными сушилками периодического действия являются вакуум сушильные шкафы, которые используются для сушки малотоннажных продуктов в производстве, где использование высокопроизводительных механизированных сушилок непрерывного действия экономически не оправдано.

Вакуум-сушильный шкаф (рис. 15.13) представляет собой цилиндрическую камеру 1, в которой размещены полые греющие плиты 4, обогреваемые глухим паром. Высушиваемый материал помещается в противнях 3. Влага отсасывается из сушилки через штуцер 2.

Вакуум-сушильные шкафы пригодны для сушки легковоспламеняющихся, взрывоопасных и выделяющих горючие пары веществ. Однако они малопроизводительны и малоэффективны, поскольку сушка в них проходит в неподвижном слое при наличии плохо проводящих тепло зазоров между противнями и греющими плитами.

К контактным сушилкам непрерывного действия относятся вальцовые сушилки (одновальцовые и двухвальцовые). В одно-вальцовых сушилках (рис. 15.14) высушиваемый материал (жидкий или пастообразный) подается в ванну 4, в которой вращается полый барабан (валец), изнутри обогреваемый паром. Материал покрывает поверхность барабана тонким слоем (пленкой). Высушивание материала происходит в течение одного неполного оборота барабана. Пленка высушенного материала снимается ножом 5 расположенным вдоль образующей барабана. Испарившаяся влага удаляется через специальные штуцеры.

Двухвальцовые сушилки (рис. 15.15) работают так же, как и одновальцовые. Высушиваемый материал (сырье) подается в зазор между вальцами, медленно вращающимися навстречу друг другу. Вальцы 1 изнутри подогреваются паром или высокотемпературным теплоносителем. Зазор между вальцами регулируется. Тонкий слой высушенного материала снимается ножами 2. Пары влаги удаляются через штуцеры 3, а высушенный материал выводится через штуцер 4.

Вальцовые сушилки могут работать при атмосферном давлении и при вакууме. В последнем случае все рабочие части сушилки находятся внутри герметичного кожуха, соединенного с установкой для создания вакуума. В вальцовых сушилках может быть осуществлена эффективная сушка материалов, не выдерживающих длительного воздействия высоких температур (например, красителей).

Пожарная опасность контактных сушилок связана с возможностью образования взрывоопасных концентраций внутри кожуха в случае нарушения процесса отсоса горючих паров (остановки вакуум-насосов или вентиляторов или падения их производительности), а также в случае перегрева поверхностей из-за нарушения теплового режима подогрева вальцов.

Рис 15 13. Схема вакуум-сушильного шкафа: /-камера; 2-штуцер отсасывания паров; 3 —высушиваемый материал на противнях; 4 — полые греющие плиты

Рис 15.14. Схема одновальцовой сушилки: / — барабан (валец); 2 — штуцеры для отвода влаги; J — линия подачи высушиваемого материала; 4 —ванна; 5 —нож

Рис 15 15 Схема двухвальцовой сушилки: 1 — вальцы;' 2-ножи; 3- штуцеры для удаления влаги;

4 — штуцер для вывода высушенного материала

Мерами пожарной профилактики предусматривается:

контроль за концентрацией горючих паров в кожухе и линиях

блокировка, обеспечивающая прекращение подачи сырья в случае остановки вентилятора или вакуум-насоса;

контроль за температурным режимом работы вальцов; контроль за влагосодержанием сырья.

В петролатумных сушилках осуществляется сушка древесины в среде гидрофобной жидкости — петролатуме, получающемся при депарафинизации авиационных масел и представляющем сложную смесь парафина, церезина и высоковязких масел (t_Пл = 55...60° С; t_всп = 240°С; tсв = 340°С). Механизм сушки состоит в следующем. При погружении влажного материала в расплавленный петролатум происходит интенсивное нагревание. Внутри материала возникает избыточное давление из-за внутреннего сопротивления движению пара, образующегося в результате быстрого испарения жидкости. Под действием возникающего градиента давления и влажности влага перемещается из внутренних слоев древесины к внешним в виде пара и жидкости. Выйдя из древесины, влага в виде пузырьков перегретого пара поднимается через слой петролатума и выходит в окружающую среду.

Сушка в петролатуме дает возможность сократить продолжительность процесса высушивания в 8... 10 раз по сравнению с конвективной. При этом она совмещается с пропиткой древесины антисептиками; уменьшается гигроскопичность древесины. Недостатки способа — безвозвратный расход петролатума, загрязнение; древесины (затрудняющее дальнейшую ее обработку — склейку, отделку), снижение механических показателей.

Рис. 15.16. Схема установки для сушки в петролатуме: 1— разгрузочная эстакада; 2 — расходное хранилище петролатума; 3— контейнер; 4 —тельфер; 5 — ванна с петролатумом; 6 — паровые трубы для пеногашения; 7—узкоколейный путь; 8 — глина; 9 — кирпич; 10— шлак; 11— трубы парового подогревателя

На рис. 15.16 показана простейшая схема петролатумной сушилки. Петролатум находится в специальной ванне 5, которая обогревается паровыми трубами 11 до 120...130° С. Ванны размещаются в здании или на открытой площадке под навесом. Высушиваемая древесина загружается в контейнеры 3, которые с помощью тельфера 4 помещаются в ванну.

Температура петролатума при сушке значительно ниже температур вспышки и самовоспламенения, то есть нет опасности образо­вания горючих концентраций паров петролатума в ваннах и их воспламенения.

Однако пожарная опасность пехролатумных сушилок достаточно высока. Это обусловлено большим количеством сгораемых материалов, загрязнением площадок стекающим с контейнеров петролатумом и древесными отходами, вспениванием петролатума в процессе сушки. Древесина после сушки в петролатуме становится более пожароопасной, увеличивается количество выделяющегося при ее горении тепла.

Вспенивание петролатума происходит из-за быстрого испарения в нем влаги. Образующаяся пена может перелиться через борт-ванны. Интенсивность пенообразования увеличивается с повышением температуры петролатума, увеличением влажности и объема: древесины, приходящейся на 1 м² зеркала ванны.

Для предотвращения перелива пены предусматривают: f поддержание уровня петролатума после погружения контейнера на 0,5 м ниже верхнего края ванны;

спаренное использование ванн, что позволяет включать их в работу через полцикла сушки;

устройство паровых труб в верхней части ванн (по периметру) для пеногашения (пена при соприкосновении с горячей трубой разрушается).

Следует иметь в виду, что при эксплуатации петролатумных сушилок существует опасность выброса горячего петролатума в результате вскипания воды, скапливающейся на дне ванны. Такая опасность создается при загрузке в ванну сильно обводненного петролатума или высоковлажной древесины, когда петролатум имеет температуру ниже 100° С. Поэтому не допускается понижение тем­пературы петролатума в ванне ниже 100° С.

Выбросы петролатума могут иметь место при пуске сушилки, когда поверхность его покрыта коркой. Под коркой может скапливаться пар, давление которого прорывает корку и обусловливает выброс жидкости. Выброс может быть при попадании в ванну атмосферных осадков, а также при тушении горящего петролатума компактной струей воды. Поэтому тушить петролатум рекоменду­ется распыленной водой, водяным паром или пеной. Помещения, где располагаются петролатумные установки, оборудуются надежной системой вентиляции.