Аналитический обзор литературы. 
Выбор технологической схемы

Сушка — это гетерогенный процесс, в результате которого происходит удаление влаги с поверхности материала. Удаление влаги из твердых и пастообразных материалов позволяет удешевить их транспортировку, придать им необходимые свойства (например, уменьшить слеживаемость удобрений), а также уменьшить коррозию аппаратуры и трубопроводов при хранении или последующей обработке этих материалов.

Цель сушки: уменьшение веса, увеличение прочности, повышение теплоты сгорания, сохранение качества материала на продолжительное время.

В химических производствах, как правило, применяется искусственная сушка материалов в специальных сушильных установках, так как естественная сушка на открытом воздухе — процесс слишком длительный.

По способу подвода тепла к высушиваемому материалу различают следующие виды сушки:

• 1) конвективная сушка — путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого обычно используют нагретый воздух или топочные газы (как правило, в смеси с воздухом);
• 2) контактная сушка — путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;
• 3) радиационная сушка — путем передачи тепла инфракрасными лучами;
• 4) диэлектрическая сушка — путем нагревания в поле токов высокой частоты;
• 5) сублимационная сушка — сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме. По способу передачи тепла этот вид сушки аналогичен контактной, но своеобразие процесса заставляет сублимационную сушку выделять в особую группу.

Выбор рационального способа сушки, типа сушильной установки и конструкции сушильного аппарата представляет собой сложную технико-экономическую задачу. Большинство сушилок, в принципе, имеют схожее применение. Но основным критерием выбора типа сушилки является температурный режим работы, агрегатное состояние высушиваемого материала и его физические и химические свойства.

Авторами одного из патентов [2] была предложена непрерывнодействующая вакуумная ленточная сушилка для сыпучих материалов. Целью изобретения является уменьшение габаритов и снижение энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что в непрерывнодействующей вакуумной ленточной сушилке для сыпучих материалов, включающей корпус с системой вакуумирования и удаления водяных паров и смонтированным внутри него ленточным конвейером, термоэлементы, загрузочное и разгрузочное устройства, конвейер снабжен внутренней и внешней лентами, имеющими общий ведущий барабан и разные поворотные ролики, причем внешняя лента огибает разгрузочный барабан, а один из ее поворотных роликов выполнен решетчатым и снабжен внутри накопителем влажного материала. Преимущества предлагаемой сушилки: уменьшение размеров рабочей сушильной камеры и всей установки; снижение металлоемкости; снижение энергозатрат при сушке продукта на верхней и нижней ветвях конвейера одними и теми же излучателями.

Согласно [3], предложена сушилка конвективной сушки сыпучих материалов. Задача, которую поставил перед собой разработчик новой сушилки для сыпучих материалов, состояла в создании такой сушилки, которая позволила бы увеличить производительность сушки сыпучих материалов, повысить ее эффективность, а также увеличить надежность эксплуатации, упростив при этом конструкцию.

Сушилка состоит из сушильных камер с поярусно размещенными друг над другом деками и систему теплопровода. Пересыпание материала на нижеразмещенную деку производится через отверстия с помощью ворошителей снабженных лопатками и укрепленных на центральном валу.

Отверстия для пересыпания материала расположены с чередованием у периферийной части деки и у центральной части деки. Лопатки ворошителей установлены с возможностью перемещения ими материала по имеющим равные площади кольцевым трекам от центральной части деки к периферийной и обратно на нижеразмещенной деке.

Конструкция сушилки позволяет интенсивно перемешивать сыпучие материалы в процессе сушки, а также перемещать их по более короткому пути — по радиусу деки от ее центральной части к периферии и обратно на нижеразмещенной деке.

Благодаря предлагаемой конструкции, представленной на рисунке 1.1, сушилки для сыпучих материалов увеличивается производительность сушки, повышается ее эффективность, а также увеличивается надежность эксплуатации самой сушилки. При этом упрощается конструкция сушилки для сыпучих материалов, достигается рекуперация тепла, а это повышает экономичность сушки.

1 — сушильная камера; 2 — бункер; 3 — дозаторы-шлюзы; 4 — периферийные деки; 5 — центральные деки; 6, 7 — ворошители; 8 — вал; 9 — привод; 10 — склиз; 11 — вентилятор; 12 — теплогенератор; 13 — нижний воздуховод; 14, 15 — воздуховод; 16 — верхний воздуховод; 17 — платформа Рисунок 1.1 — Сушилка сыпучих материалов Авторами [4] разработана циклическая сушилка для сыпучих материалов, в которой перемещение высушиваемого материала осуществляется потоком подогретой газообразной среды. Техническим результатом является интенсификация процесса сушки, снижение энергозатрат и повышение съема влаги за один проход продукта через сушилку.

Циклическая сушилка содержит воздухонагреватель с нагревательными элементами, секционную сушильную камеру с патрубками загрузки и выгрузки материала и горизонтальную решетку. Каждая секция сушильной камеры снабжена регулируемой по высоте перегородкой. Под горизонтальной решеткой установлен воздухоподающий короб. При этом нагревательные элементы рассредоточены по длине воздухоподающего короба и располагаются в зоне горизонтального участка сушки и под зоной восходящего взвешенного слоя.

Сушилка снабжена дополнительной заслонкой для регулирования подачи материала в разгрузочном бункере, отличающаяся тем, что нагревательные элементы рассредоточены также по высоте воздухоподающего короба и установлены с обеспечением контакта с решеткой снизу.

Разработана сушилка для сыпучих материалов [5] «Вьюга». Задачей предлагаемого изобретения является повышение коэффициента использования тепла сушильного агента, интенсивности сушки и расширение технологических возможностей.

Сушилка содержит камеру с загрузочным и разгрузочным коробами, установленную внутри камеры подъемную трубу, перфорированную рядами отверстий, прикрытых наклонными козырьками.

В днище сушильной камеры соосно подъемной трубе установлено сопло с некоторым зазором и возможностью регулирования этого зазора.

Поярусное расположение сушильных камер с последовательным движением сушильного агента в камерах снизу вверх из одной подъемной трубы в другую, а высушиваемого материала сверху вниз из одной камеры в другую позволяет максимально использовать тепло сушильного агента. Эскиз сушилки представлен на рисунке 1.2.

1 — сушильная камера; 2 — загрузочный короб; 3 — разгрузочный короб; 4- днище; 5 — сопло; 6 — диффузорно-конфузорный осадитель; 7 — проставка; 8- перепускной короб; 9 — промежуточная оплата; 10 — конфузор; 11 — подъемная шуба; 12 — основание.

Рисунок 1.2 — Сушилка «Вьюга» .

Согласно [6] предложена СВЧ-установка для сушки сыпучих материалов, представленная на рисунке 1.3. Технической задачей изобретения является обеспечение максимального рассеивания СВЧ-энергии по объему сушильной камеры, равномерности влагоудаления из обрабатываемого материала и повышение эффективности сушки. Это достигается тем, что в СВЧ-установке, содержащей корпус, сушильную камеру, СВЧ-излучатель в виде двух меандровых линий, установленный с возможностью вращения вокруг свой оси, крышку, согласователи, привод, цилиндрический экран с отверстиями, блок для подачи воздуха, соединенный с полостью между корпусом и экраном, новым является то, что экран выполнен в виде ребристого отражателя с треугольными ребрами, выполненными по окружности экрана, имеющими глубину л/8 и расстояние между гребнями л/4, а полость между корпусом и экраном разделена на четное количество чередующихся каналов для подвода и отвода воздуха.

Сыпучий материал, находящийся в сушильной камере при работе СВЧ-генератора подвергается воздействию СВЧ-излучения. Электромагнитная волна, исходящая от излучателя, пройдя через продукт, отражается от экрана. Использование треугольных ребер по окружности экрана обеспечивает максимальное рассеивание электромагнитной волны. Одновременно через патрубок подается воздух, который проходя через слой материала, поглощает испаряемую влагу.

1 — СВЧ-генератор; 2 — излучатель; 3 — крыша; 4 — дозатор; 5 — корпус; 6 — загрузочный бункер; 7 — излучатель; 8 — согласователь; 9- блок подачи воздуха; 10 — привод; 11 — экран; 12 — отверстия; 13 — сушильная камера; 14 — патрубки для подвода Рисунок 1.3 — СВЧ-установка для сушки сыпучих материалов Авторы одного из патентов [7] предлагают использовать в качестве сушки терморадиационную сушильную установку, которая позволит повысить интенсивность процесса сушки и снизить энергозатраты.

В данной сушильной установке, содержащей сушильную камеру, транспортер для подачи изделий, газовые инфракрасные излучатели, расположенные по обе стороны транспортера, патрубки для удаления отработанных газов. Газовые инфракрасные излучатели установлены в чередующемся порядке, что обеспечивает установление осциллирующего температурного режима при сушке, снижающего энергозатраты. Таким образам, обеспечивается более мягкий режим сушки, предотвращается перегрев материала и тем самым достигается высокое качество материала. В верхней части каждого из газовых инфракрасных излучателей подключен патрубок для отвода продуктов сгорания, соединенный с автономным дымососом, а в нижней части сушильной камеры расположены сопла для подачи продуктов сгорания. Это позволяет использовать тепло дымовых газов для дополнительной сушки материала, что приводит к улучшению качества сушки и снижению энергозатрат.

Подключение патрубка к верхней части каждого излучателя для отвода продуктов сгорания, соединенного с дымососом, и расположение в нижней части сушильной камеры сопел для подачи продуктов сгорания, во-первых, создает интенсивный конвективный подвод теплоты к изделиям в результате скоростного обдува изделий продуктами сгорания, истекающими из сопел, что интенсифицирует тепломассообмен, увеличивает скорость отвода паров, а следовательно, ускоряет процесс сушки. Во-вторых, конвективный подвод теплоты к материалу позволяет снизить температуру отработанных продуктов сгорания на выходе из сушильной камеры, полезно использовать их теплоту, что в результате повышает эффективность установки. Установка на каждый излучатель автономного дымососа позволяет обеспечивать равномерное распределение продуктов сгорания в сушильной камере, и таким образом обеспечивается возможность управлять режимом сушки по длине камеры.

сушка хлорид натрий рассол.

Рисунок 1.4 — Терморадиационная сушильная установка Для непрерывной сушки поваренной соли, согласно [8], может быть использована барабанная сушилка, приведенная на рисунке 1.5. Барабанная сушилка имеет цилиндрический сварной барабан, установленный с небольшим наклоном к горизонту и опирающийся с помощью бандажей на ролики. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу с помощью венца. Материал подается в барабан питателем и поступает на внутреннюю насадку, расположенную вдоль почти всей длины барабана. Насадка обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание материала.

1 — топка; 2 — питатель; 3 — бандажи; 4 — барабан; 5- зубчатый венец; 6 — разгрузочная камера; 7 — циклон; 8 — вентилятор; 9 — подъемно-лопастная насадка; 10 — опорные ролики; 11 — электродвигатель; 12 — шестеренчатая передача; 13 — окно для подачи вторичного воздуха.

Рисунок 1.5 — Барабанная сушилка Для интенсификации процесса сушки применяется метод сушки в псевдоожиженном слое, по внешнему виду напоминающем кипящую жидкость, поэтому его часто называют кипящим слоем. Псевдоожижение осуществляется с помощью продувания газа с определенной скоростью через решетку, на которой лежит дисперсный материал. Сначала материал разрыхляется, а затем переходит в псевдоожиженное состояние, все частицы в сушилке омываются газом и интенсивно перемешиваются. Перемешивание частиц в кипящем слое и их соударение между собой вызывают турбулизацию газа, омывающего частицы, что способствует интенсификации теплообмена и массообмена.

По конструктивному признаку все применяющиеся сушилки с кипящим слоем делятся на две группы: однокамерные и многокамерные.

Однокамерные сушилки наиболее просты в конструктивном и эксплуатационном отношениях, обладают высокими экономическими показателями, легко поддаются автоматизации. Это наиболее распространенный тип промышленных сушилок. Недостатком некоторых конструкций является неравномерная обработка материала, обусловленная широким спектром времен пребывания отдельных частиц в зоне сушки. Этот недостаток может быть уменьшен организацией направленного движения слоя материала.

Многокамерные сушилки могут быть с последовательным движением материала и подачей свежего теплоносителя в каждую камеру и ступенчато-противоточные, с движением материала и газа противотоком друг к другу. Многоступенчатые сушилки обеспечивают более равномерное высушивание материала.

Одной из задач процесса сушки является интенсификация процесса и улучшение эксплуатационных характеристик установки за счет активизации гидродинамического режима.

Задача решается следующим образом. В установке кипящего слоя, представленной на рисунке 1.6, содержащей корпус с газораспределительной решеткой, разделенный на камеры вертикальными перегородками с переточными окнами, первая из которых подключена к загрузочному устройству, а последняя — разгрузочному, причем к каждой камере подсоединены индивидуальные газоподводящий и отводящий патрубки для теплоносителя, согласно предлагаемому техническому решению первая камера.

1, 2, 3 — камера; 4, 5 — вертикальная перегородка; 6, 7 — бункер; 8 — газораспределительная решетка; 9 — переточное окно; 11 — мешалка; 12 — привод; 13 — дозатор; 14 — газоотводящий патрубок.

Рисунок 1.6 — Установка кипящего слоя, выполнена цилиндрической и дополнительно снабжена мешалкой, расположенной над решеткой, что обеспечивает интенсивное перемешивание и равномерное и устойчивое псевдоожижение гранулированных и дисперсных материалов, а последующие прямоугольные камеры выполнены с закругленными углами, что исключает образование застойных зон, причем газораспределительная решетка каждой последующей камеры расположена ниже предыдущей.

Таким образом, рассмотрев предлагаемые конструкции сушилок, можно сделать вывод, что основным недостатком непрерывнодействующей вакуумной ленточной сушилки является громоздкость и сложность в обслуживании из-за возможных растяжений ленты; сушилка «Вьюга» характеризуется повышенным шумом и сложностью монтажа, СВЧустановка для сушки сыпучих материалов-дороговизной изготовления. Недостатком терморадиационной сушилки является неравномерный износ рабочих поверхностей, а барабанная сушилка отличается громоздкостью и сравнительно невысокой производительностью. Наиболее оптимальной установкой для сушки поваренной соли является сушилка с псевдоожиженным слоем.

Процесс в кипящем слое позволяет значительно увеличить поверхность контакта между частицами материала и сушильным агентом, интенсифицировать испарение влаги из материала и сократить продолжительность сушки. Основным недостатком сушилки кипящего слоя является пылеунос материала, однако вследствие того, что кристаллы поваренной соли имеют размер до 1,2 мм — этот недостаток сводится к минимуму.