Напряжения барабана по влаге

Высушиваемый материал	Влажность материала, %	Температура, °С	Напряжение барабана А кг/	Насадка барабана
началь­ная	конеч­ная	сушильного агента на входе	матери­ала на выходе
Аммиачная селитра	1,5	0,5	100—120	60—70	4—6	Распредели­тельная
Солянокислый анилин	6,5	0,2			7,5	—
Арсенат кальция	35—40	0,5	550—650	—		—
Бикарбонат натрия	6-8	0,5—0,6	100—105	70—75	2,5	—
Сульфат аммония	3-5	0,4	0,82	—	4,5	Подъемно-ло­пастная
Фосфориты		0,5			45—65	То же
Флотационный колчедан	12—16	2—4	600—650	80—90	60—70	Подъемно-ло­пастная и ячейковая

Значения а для насадок барабанов некоторых конструкций приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Значения коэффициента а

Насадка	Значение а при диаметре барабана, мм
Подъемно-лопастная (см рис. 3-21, а)	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2
Полочная (см. рис. 3-21, б)	0,6	0,5	0,43	0,375	0,336
Секторная (см. рис. 3-21, г):				0,737
с 4 секторами	0,741	0,737	0,739	0,739	0,715
с 5 секторами	0,95	0,937	0,935	0,936	0,911
Ячейковая (см. рис. 3-21, д)	0,656	0,437	0,332	0,328	0,325

Мощность N, затрачиваемая на вращение барабана, опреде­ляется по следующей формуле:

(3-45)

где — число оборотов барабана в 1 сек;

— коэффициент, зависящий от вида насадки и степени заполнения барабана (табл. 3.3).

Таблица 3.3

Значения коэффициента

Насадка	Значения при степени заполнения барабана
0,1	0,15	0,20	0,25
Подъемно-лопастная (см. рис. 3-21, а)	0,038	0,053	0,063	0,071
Полочная (см. рис. 3-21, б)	0,013	0,026	0,038	0,044
Ячейковая (см. рис. 3-21, д)	0,006	0,008	0,01	0,011

Расчет распылительных сушилок

При расчете дисковых распылительных сушилок определяют диаметр D_K сушильной камеры, пользуясь Опытными данными (рис. 3-35), и требуемый объем сушильной камеры V_K (в ж³), исходя из объемного коэффициента теплоотдачи 1 α_0б. (в вт/м³ • град), который может быть найден по эмпирическому уравнению:

(3-46)

Здесь λ— средняя теплопроводность сушильного агента, в вт/м • град;

— объемная производительность сушилки по исходному раствору (плотностью ρ кг/м³), приходящаяся на 1 м² сечения F_K сушильной камеры, м³/м²;

d_cp.— средний диаметр капель, м;

w_г и w_в— средние скорости сушильного агента и витания су­хих частиц (при средней температуре сушильного агента), м/сек.

Зная величины D_K и V_к, определяют высоту сушильной ка­меры. Уравнение (3-46) применимо при d_cp. = 46— 168 мк, w_г =0,19 — 0,35 м/сек, w_в = 0,06 — 0,25 м/сек и температуре сушильного агента в пределах 117—600°С.

Расчет сушилок с кипящим
(псевдоожиженным) слоем

Расчет сушилок с кипящим (псевдоожиженным) слоем ве­дут по уравнениям теплообмена. Исходя из скорости газа, при которой высушиваемый материал переходит в состояние кипящего слоя (скорость псевдоожиже­ния), а также из расхода сушильного агента, находят площадь сечения сушильной камеры. Высотой неподвижного слоя мате­риала задаются, проверяя последующим расчетом величину по­верхности соприкосновения сушильного агента с частицами вы­сушиваемого материала. Эта поверхность должна быть доста­точной для передачи количества тепла, необходимого для про­ведения сушки.

Расчет контактных сушилок

Расчет контактных сушилок ведут на основе уравнений теп­лопередачи. При расчете вальцовых сушилок исходят из того, что тепло передается от конденсирующегося пара стенке вальца, через нее передается высушиваемому материалу, из которого при этом испаряется влага, и пары диффундируют в окружаю­щий воздух, передавая ему тепло испарения влаги.

Коэффициент теплоотдачи а_исп, эквивалентный количеству тепла, сообщаемого воздуху испаряющейся из материала вла­гой, определяют из уравнения теплоотдачи:

(3-47)

где G — скорость испарения влаги, кг/м² • сек;

r — скрытая теплота испарения, дж/кг;

α — коэффициент теплоотдачи от испаряющейся из мате­риала влаги к воздуху, вт/м² • град;

ϑ — температура поверхности высушиваемого материала, °С

Скорость испарения влаги определяют по формуле:

(3 - 48)

где υρ —массовая скорость воздуха, кг/м²сек;

— разность температур воздуха и мокрого термо­метра, °С.

Специальные способы сушки

Радиационная сушка

Энергия, излучаемая инфракрасными лучами, значительно превышает энергию излучения видимых лучей, имеющих длину волны 0,4—0,8 мк. Поэтому при помощи инфракрасных лучей (длины волн 8—10 мк) можно передать высушиваемому мате­риалу большие количества тепла и достигнуть скорости испа­рения влаги, во много раз превышающей скорость ее испарения при конвективной или контактной сушке.

В качестве источников инфракрасного излучения применяют электрические лампы (ламповые сушилки) либо экраны или панели, обогреваемые газом (радиационные газовые сушилки). В ламповой радиационной сушилке над поверхностью высуши­ваемого материала (обычно перемещаемого в конвейере) уста­навливают мощные осветительные лампы с отражательными рефлекторами, направляющими лучи на поверхность мате­риала, или специальные зеркальные лампы.

Более равномерное нагревание (чем лампами) и меньший расход энергии достигаются при использовании в процессе сушки сплошных стальных, чугунных или керамических жаро­упорных поверхностей, обогреваемых горячими газами. Нагрева­ние излучающих поверхностей производится открытым газовым пламенем (рис. 3-36, а) или продуктами сгорания газов, дви­жущимися внутри излучателя (рис. 3-36, б). Для повышения коэффициента теплоотдачи от газов применяют их рециркуля­цию при помощи эжектора 8 (рис. 3-36, б), а для лучшего использования

Рис. 3-36. Схемы радиационных сушилок с газовым обогревом: а —открытым газовым пламенем; б—продуктами сгорания газов с их рецирку­ляцией и регенерацией тепла, 1 — горелки; 2—излучатель; 3 — ленточный конвейер; 4 — выхлопная труба; 5 — подогреватель воздуха; 6 —вентилятор; 7—камера сгора­ния, 8— эжектор.

тепла отработанных газов их направляют на подо­грев воздуха, поступающего в камеру сгорания 7. В газовых радиационных сушилках тепло отходящих газов используют также для подсушки исходного материала или окончательной досушки высушенного материала.

Газовые сушилки проще и экономичнее ламповых.

В газовых радиационных сушилках применяют горелки со светящимися раскаленными керамическими насадками, или реф­лекторами (рис. 3-37).

Смесь газа и воздуха поступает по трубе 1 под избыточным давлением 250—300 мм вод. cm. и сгорает, выходя из-под отражателя газов 2. При этом раскаляется керамический рефлек­тор 3 и создается интенсивный поток лучей, направленный на поверхность высушиваемого материала. Интенсивное тепло­вое действие инфракрасных лучей вызывает быстрое испарение влаги из поверхностного слоя облучаемого материала, но воз­дух, находящийся между источником лучей и по­верхностью высушиваемо­го материала, практиче­ски не нагревается.

Основные достоинства радиационных сушилок:

1) быстрое удаление вла­ги из тонкослойных ма­териалов или лакокра­сочных покрытий, 2) ком­пактность устройства, 3) легкость регулирова­ния температуры нагре­ва, 4) незначительные потери тепла в окружаю­щую среду.

Недостатки этого спо­соба сушки: 1) непригод­ность для высушивания толстых слоев материала, 2) неравно­мерность нагрева высушиваемого материала, связанная с тем, что, наряду с быстрым нагреванием поверхностного слоя, пере­дача тепла во внутренние слои материала (за счет теплопро­водности) происходит значительно медленней, 3) высокий рас­ход энергии (1,5—2,5 квт•ч на 1 кг влаги).

Сушка инфракрасными лучами применяется главным обра­зом для высушивания тонколистовых материалов или окрашен­ных поверхностей (тонкая ткань, бумага, металлические дета­ли, покрытые медленно сохнущими красками, и др.).

Исследования показывают, что для высушивания толстых слоев материала, в частности пастообразных веществ, перспек­тивно применение комбинированных способов сушки (радиаци­онная и конвективная сушка или радиационная сушка и сушка токами высокой частоты, см. ниже).

Сушка токами высокой частоты

Применение токов высокой частоты в определенных случаях дает возможность значительно интенсифицировать процесс сушки.

Сушка этим способом производится по следующей принци­пиальной схеме (рис. 3-38). Переменный ток из сети поступает в газотронный выпрямитель 2 и преобразуется в постоянный ток высокого напряжения (4000 - 11 000 в), который питает лам­повый генератор 3 высокой частоты. При помощи генератора постоянный ток преобразуется в переменный ток высокой ча­стоты (значительно больше 50 периодов в секунду). Ток подво­дится к пластинам конденсатора 4, между которыми создается поле высокой частоты.

Рис. 3-38. Схема сушки токами высокой частоты: 1 — сеть переменного тока; 2—газотронный выпрямитель; 3— генератор высокой частоты; 4 — конденсаторы.

Высушиваемый неметаллический материал (диэлектрик) по­мещается между пластинами конденсатора. Под действием элек­трического поля возникает интенсивное колебание молекул ма­териала, которые определенным образом располагаются в про­странстве - происходит так называемая поляризация молекул. Поляризация сопровождается трением между молекулами, на что затрачивается часть электрической энергии поля, которая превращается в тепло. Вследствие выделения тепла высушивае­мый материал (диэлектрик) быстро нагревается. Интенсивность нагревания зависит от частоты электрического поля (длины волн) и его мощности, а также от свойств материала, так как каждый материал наиболее быстро нагревается под действием волн определенной длины.

Сушка токами высокой частоты обладает рядом существен­ных достоинств, к числу которых относятся:

1) равномерное нагревание всей массы однородного мате­риала в поле высокой частоты;

2) ускорение сушки в результате термодиффузии и электро­осмоса в поле высокой частоты; перемещение влаги из глубины материала к его поверхности за счет термодиффузии происходит в связи с тем, что температура на поверхности материала, охлаждаемого окружающим воздухом, ниже, чем внутри мате­риала;

3) избирательное удаление влаги из неоднородного по струк­туре материала; путем подбора длины волн можно нагревать отдельные части неоднородного материала практически без по­вышения температуры остального материала;

4) улучшение качества сушки, так как при указанном выше распределении температур, вызывающем термодиффузию, уменьшается возможность образования корки на поверхности материала и его коробления.

Вместе с тем сушка токами высокой частоты имеет серьез­ные недостатки: 1) большой расход электроэнергии (не менее 2—3,5 кв·ч на 1 кг испаренной влаги), 2) сравнительная слож­ность высокочастотной установки.

Поэтому описанный способ применяют главным образом в тех случаях, когда сушка воздухом (или газами) дает неудо­влетворительные результаты.

Сушка возгонкой (сублимацией)

Влагу можно удалить из твердых материалов путем возгонки (сублима­ции), т. е. перевести влагу непосредственно из твердой фазы в паровую, ми­нуя жидкое состояние.

Для сушки материала этим способом необходимо создать достаточно большую разность температур между высушиваемым материалом и внешним источником тепла. Такую разность темпера­тур создают, высушивая материал в замо­роженном состоянии при глубоком вакууме.Например, сушка материалов, имеющих температуру —15°С, должна проводиться при остаточном давлении ~1,4 мм pm. cm., соответствующем давлению водяного пара, находящегося в равновесии с льдом. При —50°С остаточное давление должно состав­лять только 0,03 мм pm. cm.

В таких условиях влага испаряется из материала, находящегося в замороженном состоянии. Тепло, необходимое для испа­рения влаги, передается из окружающей среды через стенки сушильной камеры или подводится от специальных подогревате­лей. Схема установки для сушки сублима­цией аналогична схеме работы обычной вакуум-сушилки и отличается от последней лишь тем, что конденсаторы сублимацион­ных сушилок охлаждаются не водой, а холодильным рассолом, имеющим температуру от —10 до —40° С.

Принципиальная схема сублимационной сушилки с компрессионной холо­дильной установкой показана на рис. 3-39. Камера 1 сушилки сообщается с конденсатором 2, к которому присоединен вакуум-насос 3 и холодильная установка 4 с насосом 5 для циркуляции рассола. Для непрерывного удале­ния из конденсатора, образующегося в нем льда потребовалось бы значи­тельное усложнение конструкции этого аппарата, поэтому обычно устанавли­вают два конденсатора, которые попеременно работают и размораживаются. Компрессионную холодильную установку в некоторых схемах сушки заме­няют более компактной трехступенчатой пароэжекторной холодильной уста­новкой.

Высушенные продукты, получаемые при сушке возгонкой, полностью со­храняют свои качества (цвет, запах, растворимость, питательные свойства и др) и могут храниться длительное время.

В настоящее время этим сравнительно дорогим и сложным способом вы­сушивают медицинские препараты, чувствительные к нагреванию и резко ухудшающие свои качества при тепловой сушке (пенициллин, плазма крови и др), а также некоторые высококачественные пищевые продукты.

Абсорбция

Общие сведения

Абсорбцией называется процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем (абсорбентом). Обратный процесс – выделение поглощенного газа из поглотителя – называется десорбцией.

В промышленности абсорбция с последующей десорбцией широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов (например, для извлечения из коксового газа аммиака, бензола и др.), для очистки технологических и горючих газов от вредных примесей (например, при очистке их от сероводорода), для санитарной очистки газов (например, отходящих газов от сернистого ангидрида) и т. д.

В некоторых случаях десорбцию не проводят, если извлекаемый компонент и поглотитель являются дешевыми или отбросными продуктам или если в результате абсорбции получается готовый продукт (например, соляная кислота при абсорбции хлористого водорода водой).