Массообменные аппараты: сушилки. Назначение, устройство и принцип действия.

НАЗНАЧЕНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ

Процесс сушки заключается в удалении влаги из материала с целью улучшения качества продукта, предохранения его от пор­чи и слеживаемости, снижения веса, придания транспортабельности. Сушильные аппараты широко применяются в производстве азотных удобрений и минеральных солей (аммиачная селитра, сульфат ам­мония, кремнефтористый натрий, мирабилит), в производстве ядо­химикатов (арсенит кальция, хлористый барий), в производстве пищевых продуктов (бикарбонат натрия, поваренная соль, сахар) и в ряде других производств.

Сушка проводится либо под атмосферным давлением, либо под вакуумом, при этом высушиваемый материал может находиться в состоянии покоя, перемещаться, перемешиваться в «кипящем слое».

Процесс сушки проводится как периодически, так и непре­рывно при различных способах передачи тепла: конвективная и контактная сушка, сушка токами высокой частоты, сушка инфра­красными лучами (радиационная сушка), сушка сублимацией.

Наиболее распространенными в химической технологии являют­ся конвективный и контактный способы сушки. Последний способ позволяет необходимое для высушивания материала тепло переда­вать путем контакта с нагретой поверхностью, что имеет место в сушильной части бумагоделательной машины, при сушке паст красителей, коллоидных растворов и суспензий.

В конвективных сушилках тепло передается непосредственно от теплоносителя (воздуха, дымовых газов, перегретого пара) высу­шиваемому веществу. При этом удаляется влага, связанная с ма­териалом -за счет механических и физико-химических сил. Хими­чески связанная влага не удаляется во избежание разрушения ма­териала.

Процесс сушки является, с одной стороны, диффузионным процессом, а с другой стороны — тепловым, так как удаление влаги из высушиваемого материала (процесс массообмена) происходит при подводе тепла « этому материалу В процессе сушки происходит не­прерывное удаление влаги из материала за счет разности парци­альных давлений пара над материалом и в окружающей среде, причем рм >рср Влажность материала снижается до тех пор, пока процесс сушки не прекратится при рм =рср, т. е. когда упругость пара над материалом равна упругости пара в воздухе и наступает равновесие в процессе обмена влагой между материалом и средой. Влажность материала, при которой процесс сушки прекращает­ся вследствие наступления равновесия, называется равновесой и влажностью wр. Материалы обычно высушиваются до равновесной влажности, так как при сушке материала ниже wр начинается обратный процесс — сорбция, и материал поглощает злагу из окружающей среды. Если материал не переносит длитель­ной сушки (например, аммиачная селитра, которая начинает при длительной сушке разлагаться), последнюю проводят не до равно­весной влажности, а до какой-то остаточной влажности, которая обычно выше равновесной. Эта остаточная влажность должна быть достаточно низкой для того, чтобы сыпучий материал не слежи­вался, будучи загружен в мешки для транспортировки.

Влажность материала характеризует концентрацию влаги в ма­териале и представляет собой отношение веса влаги в материале W к общему весу материала G сух +W, где G сух —вес абсолютного сухого вещества в кгс:

КОНСТРУКЦИИ СУШИЛОК

В промышленности существует значительное количество самых, разнообразных типов сушилок, которые могут быть классифици­рованы по некоторым конструктивным и технологическим призна­кам: по давлению в рабочем пространстве — атмосферные сушил­ки, вакуум-сушилки; по периодичности процесса — сушилки непре­рывного и периодического действия; по способу подвода тепла к высушиваемому материалу—конвективные, контактные, радиа­ционные сушилки и сушилки с нагревом материала в поле тока высокой частоты; по роду сушильного агента — воздушные сушил­ки, сушилки, работающие на дымовых газах, паровые сушилки. В химической промышленности наиболее широко применяются конвективные сушилки и сушилки контактного типа, работающие как при атмосферном давлении, так и под вакуумом.

Для сушки большинства продуктов основной химии (селитра, бикарбонат натрия, хлористый барий, преципитат, сульфат аммо­ния и т. д.) широко применяются барабанные сушилки (,а). Для сушки керамических изделий и кирпича применяются камер­ные ( б), туннельные (в) и коридорные ( г) сушилки. Эти же сушилки используются для сушки целлюлозы, пиломатериалов, крашеной бумаги, мелкокусковых материалов и т. д. Перемещение материала в сушилках осуществ­ляется как вращением самой сушилки (сушилки барабанного типа),

Барабанные сушилки.

материал поступает в приемную камеру питательным устройством, проходит барабан и выгружается через разгрузочную камеру 2. Материал внутри печи пересыпается с помощью специальной насадки, установлен­ной в барабане, и передвигается к разгрузочной камере за счет установки барабана (до 6°). На барабане крепятся бандажи 4, которые опираются на ролики 10, установлен­ные под углом 60°. Таким образом, барабан все время катится по роликам. Число опор у сушилок обычно два.

Для предохранения барабана от осевых сдвигов служат упор­ные ролики, которые ставят на бандаж, ближайший к приводу. Схема упорно-опорной станции 5 будет приведена дальше. При­вод барабана осуществляется моторно-редукторной группой 6 через зубчатый венец 7, укрепленный на барабане. Зубчатая венцовая пара закрывается кожухом 8. Для предупреждения выхода газов из барабана наружу и подсоса окружающего воздуха в су­шилку предусмотрены специальные уплотняющие устройства 9.

Барабаны сварной, толщина стенки = 5-14 мм. Со стороны входа теплоносителя устанавливается защитное кольцо. Число оборотов барабанных сушилок 5 -8 -об/мин. В месте подачи материала, для лучшего питания основной насадки, устанавливается приемно-винтовая насадка, которая ставится на длину 700—1100 мм, в зависимости от диа­метра барабана. Для равномерного распределения продукта по основной насадке между ней и приемной насадкой делается разрыв от 50 до 250 мм.

Уплотняющие устройства в барабанных сушилках: плавающие сальниковые уплотнения и лабиринтные уплотнения. Эти уплотнения устанав­ливаются как на приемных и выгрузочных камерах, так и на ши­нельных листах топок. Сальниковые уплотнения полу­кольца крепятся к корпусу барабана и вращаются вместе с ним,

Сальниковая набивка выполняется из асбестового шнура.

Опоры вращающихся барабанов. На корпусе барабана кре­пятся специальные бандажи, которые в поперечном сечении обычно имеют прямоугольную форму

Бандаж 1 крепится башмаками 2, причем баш­маки ставятся с разных сторон, чтобы не было осевого сдвига бандажа. Башмаки притянуты к стальной подкладке 3 болтами, а последняя приваривается к корпусу барабана. Между банда­жом и башмаком ставится подкладка из стали Ст. 0. Стальные подкладки, на 'которых устанавливаются башмаки, играют роль колец жесткости, так как со временем барабан деформируется.

Упорно-опорные станции. При работе сушилки происходит непрерывное качение бандажей по роликам. Бандаж опирается на опорные ролики, а другая пара роликов (упорные) предохра­няет барабан от осевого сдвига. Таким образом, у одного из бан­дажей расположена опорная, а у другого — опорно-упорная стан­ция, которая представлена

Подпорные устройства. Для повышения коэффициента запол­нения барабана материалом на выходе из барабана иногда ста­вятся специальные подпорные устройства. Они позволяют удли­нить время пребывания материала в сушилке, не снижая часовой производительности. В простейшем случае подпорное, устройство представляет собой обычное кольцо, привариваемое к торцу бара­бана. При необходимости большего подпора применяются спе­циальные жалюзийные устройства, в которых выгрузочная часть барабана делается из спиральных железных листов, применяются также дроссельные подпорные диски.

Привод барабана. Привод барабана осуществляется посред­ством венцовой зубчатой пары от электродвигателя через редуктор. Большая венцовая шестерня обычно делается составной из двух половин, что позволяет упростить монтаж ее на барабане, так как при таком исполнении шестерня не заводится сбоку на барабан, а устанавливается сначала половина ее, затем барабан поворачи­вается и закрепляется вторая половина шестерни. Венцовая ше­стерня крепится к барабану с помощью башмаков (аналогично посадке бандажей). Следует указать также и на то, что сущест­вуют другие методы крепления венцовых шестерен. Для привода барабанных сушилок применяются электродвигатели серии АО с числом оборотов п~ 1000 об/мин. Редукторы ставятся трехсту­пенчатые, позволяющие менять число оборотов барабана. Это изменение числа оборотов достигается специальной коробкой сменных шестерен на быстроходной ступени редуктора. Переда­точные числа венцовой пары обычно равны 5,6. Общий вес венцо­вой пары зависит от диаметра барабана и при изменении П от 1000 до 2200 мм составляет 430—1510 кгс.

Грибковые сушилки: назначение, устройство.

Гребковая сушилка представляет собой горизонтальный сварной цилиндрический аппарат, герметически закрытый со всех сторон. Цилиндрическая часть его 1 делается стальной. Загрузка материалов производится сверху через загрузочный люк 2. Разгрузка сушилки производит­ся через нижний выгрузочный люк 3, снабженный затвором (проб­ка, поджимаемая винтом). Для обогрева аппарата служит паро­вая рубашка 4, в которую подается пар и из которой отводится конденсат. При водяном обогреве (производство поливинилбутираля) вода подводится снизу. На торцах аппарата поставлены крышки тарельчатой формы. В крышках имеются люки для ре­монта и лючки для снятия проб без сброса вакуума. Вакуумный трубопровод подводится сбоку через загрузочный люк.

Технологическая характеристика сушилки для производства поливинилбутираля следующая: начальная влажность материала w1 = 40%, конечная w2 = 2%, температура сушки 55—60° С; оста­точное давление 100—150 мм рт. ст., время сушки 4—6 ч. Внутри аппарата вращается мешалка 5, которая представляет собой че­тырехгранный стальной вал с укрепленными на нем чугунными

гребками (до 38 шт.). На гребках ставятся стальные башмаки, ко­торые позволяют увеличить срок действия лопастей. Эти расши­ренные части лопастей (башмаки) повернуты под некоторым углом к оси вала. Вал вращается в подшипниках и приводится во вра­щение от моторно-редукторной группы 6. Шейки вала круглые. Направление вращения лопастей при работе периодически ме­няется.

Процесс сушки проводится под вакуумом в 300—500 мм рт. ст. Вакуум создается с помощью барометрического конденсатора и ротационного вакуум-насоса РМК-3. Сушилка — периодического действия. Гребки вращаются медленно, 5—8 об/мин. Соседние лопасти повернуты на 90° и насаживаются на вал таким образом, что одна половина лопастей имеет правое направление, а дру­гая— левое (для улучшения перемешивания). Лопасти располо­жены на валу под небольшим углом (до 15°), образуя своего рода шнек. В левой и правой половине сушилки они наклонены в раз­ные стороны. При изменении направления вращения через каж­дые 5—8 мин материал сгребается то в одну, то в другую сторону и перемешивается. Сушилка обычно заполняется материалом на 25% своего объема. Лопасти почти вплотную подходят к стен­кам, причем внизу даже ближе, чем в верхней части, так как ось вала на 5 мм ниже оси аппарата. Это позволяет устранить налипание продукта на стенки. Вес сушилки составляет 1,5—2 т на 1м3. длина сушилки до 10 м, а диаметр до 2 м.

32. Станки для механической обработки изделий из пластмассовых деталей: назначение, классификация. Станки для удаления с деталей наружного грата: галтовочные барабаны. Наибольшее количество деталей из пластических материалов производится путем прессования и литья под давлением. На дета­лях, отпрессованных или отлитых на существующих машинах и прессах, неизбежно остаются литники и грат, которые должны быть удалены, а места их среза во многих случаях зачищены и отполированы.

Литники крупных изделий могут обрубаться пневматическими ножами, срезаться дисковой фрезой и высверливаться на станках. Небольшие литники удаляются специальными кусачками, ножни­цами или с помощью других приспособлений. Для выполнения этих операций пока не существует специальных станков. Зачастую они производятся вручную на рабочем месте, непосредственно у литье­вой машины или пресса.

В настоящее время ведется работа как по усовершенствованию литьевых машин в целях исключения ручного удаления литников с передачей этих функций машинам, так и над созданием новых видов оборудования для безлитникового литья.

При существующей технологии прессования, как правило, не­избежно также наличие остатков пресс-материалов на получаемых деталях, так называемый «облой» или «грат». Эти остатки имеют вид внешних заусенцев или пленки (в пазах и отверстиях). При конструировании пластмассовых изделий желательно предусматри­вать облой только на наружных торцовых поверхностях деталей, а не на радиальных или тем более внутренних, так как удаление облоя легче осуществить с наружной поверхности. Тонкий грат легко удаляется режущим инструментом или в галтовочных бара­банах. При толстом грате необходимо применение более сложных машин и больших усилий резания, что приводит к значительному износу инструмента и снижает производительность станков.

При обработке прессованных деталей необходимо учитывать

следующие особенности:

1) кратковременность обработки изделия, продолжительность которой при работе на полуавтоматах с производительностью 30000—40000 шт. в смену равна 0,1—0,3 сек

2) кратковременность контакта «инструмент — деталь» и непра­вильность формы грата, благодаря чему прилагаемое усилие при подаче инструмента на деталь носит ударный характер;

3) стойкость инструмента особенно при обработке абразивных материалов оказывается меньшей, чем при непрерывном резании;

4) ведение обработки без охлаждения инструмента;

5) значительные отклонения размеров деталей от номинала (4—5 класс точности при съеме с одной пресс-формы и 5—7 класс при съеме с нескольких пресс-форм).

Различные схемы плавающих инструментов с компенсирующими узлами представлены на рис. В качестве компенсаторов не­точности формы изделия применены пружины. Режущие инстру­менты имеют одну (а и б) или две (в и г) степени свободы и мо­гут следовать фактическому контуру обрабатываемой поверхности.

Более простым решением является жесткое закрепление инстру­мента и «плавающая» установка обрабатываемого изделия.

Целесообразность применений универсальных или узкоспеци­ализированных станков для обработки одной или нескольких сход­ных деталей определяется степенью массовости их выпуска. Сле­дует отметить, что специализация способствует внедрению как полуавтоматических, так и полностью автоматизированных станков и поточных линий обработки.

а- Наружная обточка; б — снятие фаски абразивом г- торцовое фрезерование: 1— изделие; 2—резец; 3 — копир (ролик); 4 — абразивный диск; 5 и 6 — фрезы.

Более простым решением является жесткое закрепление инстру­мента и «плавающая» установка обрабатываемого изделия.

Целесообразность применений универсальных или узкоспеци­ализированных станков для обработки одной или нескольких сход­ных деталей определяется степенью массовости их выпуска. Сле­дует отметить, что специализация способствует внедрению как полуавтоматических, так и полностью автоматизированных станков и поточных линий обработки.

Все станки для обработки и сборки пластмассовых изделий по их назначению и последовательности операций механической об­работки можно разделить на четыре группы:

1. Станки для удаления с деталей наружного грата:

а) однооперационные настольные станки;

б) полуавтоматы и автоматы; в) галтовочные станки (барабаны, вибролотки и т. п.). 2. Станки для многооперационной механической обработки:

а) автоматы и полуавтоматы для обработки деталей массового производства;

б) токарные, фрезерные, револьверные и другие станки, спе­циально приспособленные для ряда операций.

3. Все станки для отделки деталей полированием, окраской и т. п.

4. Станки для полной или частичной сборки изделий из отдель­ных готовых пластмассовых и металлических деталей.