I камера сушилки; 2 — полые плиты.

Рис. ХУ-28. Пневма­тическая сушилка:

І — бункер; 2 —- пита­тель; 3 — труба; 4 — вентилятор; 5 — кало­рифер; 6 — сборник- амортизатор; 7 — цик­лон; 8 —- разгрузочное устройство; 9 — фильтр.

625

Гребковые вакуум-сушилки. В этих контактных сушилках периоди­ческого действия скорость сушки несколько увеличивается за счет пере­мешивания материала медленно вращающейся горизонтальной мешалкой с гребками; вместе с тем, они не требуют ручной загрузки и выгрузки материала подобно вакуум-сушильным шкафам.

Гребковая сушилка (рис. ХУ-30) состоит из цилиндрического кор­пуса 1 с паровой рубашкой 2 и мешалки 3. Гребки мешалки закреплены на валу взаимно перпендикулярно; на одной половине длины барабана гребки мешалки изогнуты в одну сторону, на другой половине — в проти­воположную. Кроме того, мешалка имеет реверсивный привод, автомати­чески меняющий каждые 5—8 мин направление ее вращения. Поэтому при работе мешалки материал (загруженный через люк 4) периодически перемещается. от периферии к середине барабана и в обратном направле­нии. Вал мешалки может быть полым и через него можно также осуще­ствлять нагрев высушиваемого материала. Свободно перекатывающиеся

] 1— корпус сушилки; 2 —. паровая рубашка; 3 —- мешалка; 4 —- загру­зочный люк; 5 — трубы, способствующие перемешиванию материала; 6 и« разгрузочный люк; 7 = штуцер для присоединения к вакууму.

между гребками трубы 5 способствуют разрушению комков и дополни­тельно перемешивают материал. Разгрузка высушенного материала про­изводится через люк 6. Корпус сушилки соединен с поверхностным или барометрическим конденсатором -и вакуум-насосом.

Производительность сушилки зависит от температуры греющего пара, величины разрежения и начальной влажности материала. В анилинокра­сочной промышленности, где главным образом применяются эти сушилки, напряжение их поверхности по влаге колеблется в пределах б—

8. кг/(м²'Ч), т. е. выше, чем для вакуум-сушильных шкафов, но сушильный агрегат более сложен и требует больших эксплуатационных расходов.

Следует отметить, что применение вакуумных сушилок в химической промышленности, несмотря на их более высокую стоимость и сложность по сравнению с атмосферными сушилками, диктуется технологическими соображениями: они пригодны для сушки чувствительных к высоким тем­пературам, а также токсичных и взрывоопасных веществ, для получения высушенных продуктов повышенной чистоты, а также в тех случаях, когда необходимо улавливание (конденсация) паров неводных раствори­телей, удаляемых из материалов.

Вальцовые сушилки. В этих сушилках осуществляется непрерывная сушка жидкости и текучих пастообразных материалов при атмосферном давлении или при разрежении. Основной частью двухвальцовых сушилок (рис. ХУ-31), наиболее часто применяемых в химических про­изводствах, являются вальцы — 2 и 3, медленно вращающиеся (п = = 2—10 об/мин) в кожухе 1 навстречу друг другу. Сверху между валь­цами непрерывно подается высушиваемый материал. Греющий пар посту­пает через полую цапфу внутрь каждого из вальцов, паровой конденсат отводится через сифонную трубку 4, Ввод пара и вывод конденсата про­

Гл. XV. Сушка

изводится со стороны, противоположной приводу 5. Вальцы могут также обогреваться горячей водой или высокотемпературными органическими теплоносителями.

Материал покрывает поверхность вальцов тонкой пленкой, толщина которой определяется величиной зазора между вальцами. Обычно ширина

Загрузка |

I

у» р-

I ♦Конденсат

\Выгрузка

Рис. ХУ-31. Двухвальцовая сушилка:

] кожух; 2 «— ведомый полый валец на подвижных подшипниках;

3 — ведущий полый валец (установленный неподвижно); 4 — сифон­ные трубки для отвода конденсата; 5 — привод; 6 — ножи, располо­женные вдоль образующей вальцов; 7 —- верхние досушивателн; 8 — нижнне досушивателн.

зазора не превышает 0,5—1 мм и регулируется путем перемещения ведо- мрго вальца 2, имеющего подвижные подшипники, относительно непо­движно установленного ведущего вальца 3. Высушивание материала происходит интенсивно в тонком слое в течение одного неполного оборота вальцов. Пленка подсушенного материала снимается ножами 6, распо­ложенными вдоль образующей каждого вальца. Чем тоньше слой мате­риала на вальцах,.тем быстрей и равномерней он сушится. Однако вслед-

хконЗен-

сатору

Материал

Рис. ХУ-32. Одновальцовая сушилка.

ствие малой продолжительности сушки часто требуется досушка материала, осуществляемая в горизонтальных лотках с паровым обогревом (досушивателях), в которых вращаются валы с гребками. В сушилке на рис. ХУ-31 мате- риал после вальцов последовательно проходит

( сначала верхний досушиватель 7, затем ниж- ний досушиватель 8.

В одновальцовых сушилках (рис. ХУ-32) в корыте вращается один полый обогре- ваемый изнутри барабан (валец). Под ним имеется питающее устройство с мешалкой (на рисунке не показана). Материал тщательно перемешивается в ванне питающего устройства

и наносится тонким слоем (толщиной 1—2 мм) на валец. В остальном работа сушилки не отличается от работы двухвальцовой сушилки.

Вакуумные вальцовые сушилки работают по тому же принципу, что и описанные выше, атмосферные, но в них все рабочие части находятся внутри герметичного кожуха, соединенного с установкой для создания вакуума. В вальцовых сушилках возможна эффективная сушка в тонком слое (пленке) материалов, не выдерживающих длительного воздействия высоких температур, например красителей. Продолжительность сушки регулируется числом оборотов вальцов. Однако в сушилках без досуши- вателей часто не достигается требуемая низкая конечная влажность мате­риала.

В двухвальцовых сушилках напряжение поверхности вальцов по влаге колеблется (при сушке красителей) от 13—15 кг/(м²'Ч) (атмосферные

Рис.

высушенный I материал у

ХУ-ЗЗ. Одновальцоваи формующая шилка:

су-

1 — формующий барабан; 2 — загрузочная воронка; 3 — прнжнмной валик; 4 —■ гребенчатый нож; 5 —* транспортер; 6 — ленточная сушилка.

Гл. XV. Сушка

Терморадиационн'ые сушилки. В этих сушилках необходимое для сушки тепло сообщается инфракрасными лучами. Таким способом к мате­риалу можно подводить удельные потоки тепла (приходящиеся на 1 м^г 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

♦

Горячий Воздих

Рециркуляция

і оім.*я

п д/

3—

Рис. ХУ-35. Терморадиациониые сушилки с газовым обогревом:

а открытым пламенем; б продуктами сгорания газов; 1 — излу­чающая панель; 2 — газовая горелка; 3 — транспортер, на котором находится высушиваемый материал; 4 — выхлопная труба; 5 венти­лятор; € й- камера сгорания; 7 — эжектор; 8 ^ воздухоподогрева­тель.

и т. п.). Кроме того, в начальный период радиационной сушки под дей­ствием высокого температурного градиента влага может перемещаться вглубь 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.

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 1

629

(рис. ХУ-35, а) открытым пламенем газовых горелок 2 производится со стороны, обращенной к материалу, который перемещается на транспор- тере 3. Больший к. п. д. и лучшие условия труда достигаются при при- менении второй схемы — с нагревом продуктами сгорания газов, движу- щимися внутри излучателя 1 (рис. ХУ-35, б). Газ и горячий воздух посту- пают 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 предва- рительной подсушки материала.

(&

\

Вькушенный

материал

Рис. ХУ-36. Высокочастотная (диэлектрическая) сушилка:

1. — ламповый высокочастотный генератор; 2 — су- шильная камера;

Рис. ХУ-37. Принципиальная схема сублимационной сушилки:

/ —сушильная камера (сублиматор);

2. — пустотелая плнта;

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 плнту из огне­упорного материала со скоростью, превышающей скорость воспламенения смеси. При этом гореиие 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 тт-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. ХУ-Зб) 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; диполь- ные молекулы приобретают вращательное движение, а неполярные моле­

Гл. XV. Сушка

кулы 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. Методика расчета сушки то­ками высокой частоты подробно рассмотрена в специальной лите­ратуре *.

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/лг²) и соответственно — при низких температурах.

Принципиальная схема устройства сублимационной сушилки показана на рис. ХУ-37. 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. ХУ-37 условно показан один), которые попеременно работают и размораживаются.

Процесс удаления влаги из материала протекает в три стадии: при снижении давления в сушильной камере происходит быстрое самозамо- раживание 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, и 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. Непосред­

* Лебедев П. Д. Расчет и проектирование сушильных установок. М.—Л., Гос- энергоиздат, 1963. 320 с.

631

ственно 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).