Методическая разработка на тему Аппараты для сушки материалов

АППАРАТЫ ДЛЯ СУШКИ МАТЕРИАЛОВ

Орешникова Наталья Юрьевна, преподаватель спецдисциплин
Павлодарский нефтегазовый колледж,2017 год

При подготовке студентов колледжа к ОУПП (оценке уровня профессиональной подготовленности) преподаватели спецдисциплин зачастую сталкиваются с проблемой как эффективно и качественно подготовить студента к сдаче тестирования. Многие преподаватели идут по пути наименьшего сопротивления и делают ставку на заучивание тестов: вопрос – правильный ответ. Зачастую этот метод работает, особенно с ребятами, у которых хорошая память. Но если просто работать с тестами и разбирать их подряд – необходимо постоянно переключаться с одной темы на другую. Поэтому, переработав все тестовые задания для студентов специальности 0808000 «Техническое обслуживание и ремонт оборудования предприятий нефтегазоперерабатывающей и химической промышленности» по дисциплине «Оборудование предприятий отрасли», я сгруппировала их по темам и подготовила материал для подготовки к НОК, собрав всю доступную информацию из различных источников в один документ в чрезвычайно сжатом и систематизированном виде. Мы успешно прошли НОК и ребята высоко оценили такие «шпаргалки», отметив их доступность, краткость и наглядность. В качестве примера предлагаю вниманию читателей подборку материала по теме «Аппараты для сушки материалов». Для студентов весь материал предложен как в виде слайдов, так и в текстовом варианте.

В некоторых случаях при проведении естественной сушки используется солнечное тепло, но в химической промышленности применяется только искусственная сушка при подводе тепла от различных теплоносителей.
Процесс сушки – удаление влаги из различных сыпучих, пастообразных, кристаллических и волокнистых материалов с использованием энергии для испарения влаги. При сушке влага перемещается из глубины материала к поверхности и затем удаляется из материала. Теплота, необходимая для нагрева материала при сушке, подводится к поверхности и распространяется вглубь материала.
По своей физической сущности сушка сложный тепло- и массообменный процесс, скорость которого в основном определяется скоростью диффузии влаги в материале и перенос теплоты и массы происходит в противоположных направлениях.

Классификация сушилок

I . По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу различают следующие виды сушки:
конвективную (воздушную) путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом нагретым воздухом или топочными газами;
контактную путем подвода теплоты от теплоносителя к материалу через теплопередающую поверхность;
радиационную путем передачи теплоты инфракрасными лучами
диэлектрическую путем нагревания высушиваемого материала в поле токов высокой частоты;
сублимационную в глубоком вакууме при низких температурах, причем переход влаги в парообразное состояние происходит сразу из твердой фазы, минуя жидкое состояние.
Наиболее распространена конвективная сушка горячим воздухом или дымовыми газами.
Радиационную, диэлектрическую и сублимационную называют специальными видами сушки и применяют только в частных случаях.
II. По принципу действия:
Периодические;
Непрерывные.
III. По виду сушильного агента:
Воздушные;
Газовые;
Паровые.
IV. По величине давления
Атмосферные;
Вакуумные.
V. По взаимному направлению движения материала и сушильного агента для конвективных сушилок:
Противоточные;
Прямоточные;
С перекрестным током.
VI. По состоянию высушиваемого слоя
Неподвижный слой;
Движущийся;
Взвешенный;
Фонтанирующий.

Конвективные сушилки

Туннельная сушилка (рис. 173) представляет собой камеру прямоугольного сечения 1 значительной длины, внутри которой по рельсовому пути перемещаются вагонетки 2 с высушиваемым материалом.
Свежий воздух засасывается вентиляторами 3 и, проходя через калориферы 4, нагревается. Для входа и выхода вагонеток установлены герметично закрывающиеся двери, которые периодически открываются для подачи вагонеток с сырым материалом и одновременного удаления вагонеток с высушенным материалом из противоположного конца сушилки.
Сушильный агент воздух подается противотоком или прямотоком. На рис. 173 показана подача воздуха по всей сушилке противотоком, тогда как в каждую вагонетку воздух поступает перекрестным током.


Туннельные сушилки обычно работают с частичной рециркуляцией сушильного агента и предназначаются для сушки больших количеств штучных керамических изделий. Загрузка и выгрузка вагонеток производится вручную; сушка изделий, находящихся в различных местах вагонеток, протекает неодинаково. Неравномерность процесса сушки и значительные размеры сушилки существенные недостатки рассмотренной конструкции.
Камерная сушилка (рис. 174) состоит из сушильной камеры 7, стеллажей 2, на которых размещаются противни с высушиваемым материалом. На каркасе установлены две горизонтальные перегородки 5, которые делят все пространство камеры на три зоны, через которые последовательно проходит сушильный агент. Свежий воздух засасывается вентилятором 3, предварительно нагреваясь в наружном калорифере 4. Воздух поступает в нижнюю часть сушилки, подогревается дополнительно во внутреннем калорифере 8, проходит среднюю зону, вновь подогревается в калорифере 1. и проходит верхнюю зону.

На выходе воздуха из сушилки имеется шибер 6, с помощью которого часть воздуха возвращается в цикл, смешиваясь со свежим воздухом.
Таким образом, сушилка работает по схеме промежуточного подогрева и частичной рециркуляции воздуха, обеспечивая необходимую температуру воздуха при некоторой экономии теплоты.
Недостатки- такие сушилки не обеспечивают равномерных условий сушки по всем зонам, а необходимость ручной загрузки и выгрузки противней, на которых происходит высушивание продукта, позволяет применять сушилки этого типа только для малотоксичных продуктов и при небольших производительностях

Ленточные многоярусные сушилки (рис. 175) состоят из корпуса 1, внутри которого расположен ряд транспортерных лент 5 из прорезиненной ткани или металлической сетки.
Каждая из бесконечных лент натянута между ведущим 6 и ведомым 2 барабанами. Влажный материал поступает в загрузочную воронку 4.

Воздух засасывается вентилятором 3 и перед поступлением в сушилку нагревается калорифером 8, расположенным в нижней части сушилки, как показано на рисунке. Ведущие и ведомые барабаны смежных лент смещены друг относительно друга по вертикали. Верхние части смежных лент движутся в противоположных направлениях (на рисунке показаны стрелками). Материал на верхней ленте движется слева направо. Дойдя до конца ленты, он высыпается на нижележащую ленту и начинает двигаться в противоположном направлении. Такое движение осуществляется многократно, пока материал не достигнет выходного отверстия.
С помощью перегородок 7 в сушилке создается противоток воздуха относительно высушиваемого материала. При пересыпании с ленты на ленту высушиваемый материал перемешивается и его поверхность обновляется. Кроме того, в этот момент воздух соприкасается со всей поверхностью каждой частицы, что интенсифицирует процесс сушки. Ленточные многоярусные сушилки применяются для сушки сыпучих и кристаллических продуктов, не требуют ручного труда на загрузку и выгрузку продукта, довольно компактны.

Барабанная сушилка (рис. 177) состоит из стального барабана 4 с бандажами 3, опирающимися на опорные ролики 11. Барабан сушилки вращается мотором через редуктор, малая шестерня 10 которого входит в зацепление с большой венцовой шестерней в средней части барабана.

Барабан вращается на опорных роликах с наклоном к горизонту на угол 36°. Во избежание осевого смещения барабана на одном из бандажей имеются упорные ролики 9, препятствующие его соскальзыванию. Частота вращения барабана невелика 38 об/мин.
Влажный материал подается питателем через загрузочный бункер 1 в верхнюю часть барабана, захватывается расположенными внутри барабана лопастями 2, непрерывно перемешиваясь, подходит к нижнему концу барабана, по- ступает в бункер 7 и выгружается разгрузочным шнеком 8.
В качестве сушильного агента используются обычно дымовые газы, перемещаемые через сушилку вентилятором 6. Для очистки газов от пыли установлен циклон 5. На концах вращающегося барабана для предотвращения утечки сушильного агента установлены лабиринтные уплотняющие устройства.
Степень заполнения барабана не превышает 20%. Время пребывания материала регулируют изменением частоты его вращения, а также изменением угла наклона к горизонту.
В зависимости от крупности и свойств высушиваемого материала барабан заполняют насадками различной формы.
На рис. 178 показано устройство насадок барабанных сушилок: подъемно-лопастной, предназначенной для крупнокусковых, склонных к налипанию материалов (рис. 176, а);

секторной, применяемой для материалов большой плотности и малосыпучих (рис. 176, б);
перевалочной с закрытыми ячейками, используемой для сильно сыпучих материалов (рис. 178, в).
В рассмотренных сушилках сушильным агентом помимо дымовых газов может служить воздух, предварительно нагретый в калориферах.
В барабанных сушилках достигается непрерывное перемешивание материала и, следовательно, хороший контакт с сушильным агентом. Напряжение объема сушилки по испаряемой влаге достигает 100120 кг/(м3-ч). Диаметры барабанов колеблются от 1200 до 2800 мм. Аппараты этого типа применяются для сушки многотоннажных продуктов суперфосфата, азотнокислого аммония и др.

Сушилки с кипящим слоем. Наилучший контакт сыпучего материала с сушильным агентом, развитие поверхности соприкосновения при ее непрерывном обновлении обеспечивают сушилки с кипящим слоем.
В этих аппаратах продолжительность процесса сушки сокращается до нескольких минут, способствуя таким образом повышению их производительности и качества высушиваемого материала при отсутствии его разложения.
Сушилки с кипящим слоем применяются в основном для обработки сыпучих зернистых материалов, но в отдельных случаях удается осуществить в них сушку паст, полимеров и др.
Собственно сушилка (рис. 179) представляет собой вертикальный конический сосуд 6, расширяющийся кверху, в нижней части которого укреплена решетка 3. Материал поступает из бункера с питателем 5 и удаляется через штуцер. 4.

Сушильный агент горячий воздух или топочные газы, разбавленные воздухом, подается вентилятором 1, проходит смесительную камеру 2 и поступает под решетку 3 сушилки. Скорость подачи сушильного агента устанавливают так, чтобы находящийся на решетке высушиваемый материал начал «кипеть» и перешел в псевдоожиженное состояние.
В связи с тем, что частицы высушиваемого материала различаются по величине и массе, для обеспечения равномерного кипения всей массы материала корпус сушилки имеет форму расширяющегося кверху конуса.
При такой форме аппарата более тяжелые частицы скапливаются в нижней части, там, где скорость сушильного агента больше, а более мелкие в верхней его части. Так как наиболее мелкие и легкие частицы все же уносятся газом, для улавливания частиц установлены последовательно циклон 7 и батарейный циклон 8. Основная масса высушенного материала из сушильной камеры и материал из очистительных устройств 7 и 8 удаляются транспортером 9.
В сушилках с кипящим слоем удаление влаги с единицы объема аппарата значительно превышает те же характеристики сушилок других типов. Это обстоятельство выгодно отличает рассмотренные конструкции сушилок, выпускаемых в последнее время в различных вариантах (многокамерная, ступенчато-противоточная, вихревая, циклонная, аэрофонтанная).
Распылительные сушилки. Для жидких продуктов, подвергаемых процессу сушки (растворов солей, суспензий, эмульсий), применяют распылительные сушилки. Сушильный агент воздух или дымовые газы подается в сушильную камеру, где в мелкораздробленном состоянии находится высушиваемый продукт. В таких условиях создается большая поверхность испарения высушиваемого продукта и обеспечивается хороший контакт с теплоносителем, поэтому сушка происходит чрезвычайно быстро. Даже при высокой температуре теплоносителя разложения продукта в распылительных сушилках не происходит, и в результате получают тонкоизмельченный продукт высокого качества.
Устройство распылительной сушилки показано на рис. 180. Вентилятор 1 через калорифер 2 подает нагретый воздух в камеру сушилки 3, где имеется распыливающее устройство 4. Воздух с взвешенными частицами высушенного продукта поступает в циклон 5, где улавливаются наиболее крупные частицы, Окончательная тонкая очистка воздуха осуществляется фильтрованием в рукавном фильтре 6. Высушенный продукт удаляется из аппаратов 3, 5 и 6 шнеком 7.

Распыление подвергаемых сушке жидкостей производится различными способами: быстро вращающимися дисками, с помощью механических и пневматических форсунок. Распыление дисками пригодно для суспензий и вязких жидкостей, но требует больших затрат энергии.
Распыление чистых жидкостей проводится форсунками, в которые подаются жидкости под давлением 320 МПа. Распыление жидкостей форсунками с помощью сжатого воздуха (пневматическое распыление) также требует много энергии.
В распылительных сушилках достигается хороший контакт материала с сушильным агентом, однако объем сушильной камеры должен быть большим. Поэтому такой способ сушки применяется только в тех случаях, когда исходный продукт находится в жидком состоянии. Вариантом распылительных сушилок являются пневматические сушилки, в которых процесс сушки совмещается с пневматическим транспортированием материала.

Контактные сушилки

Контактные (например, вальцовые) для сушки жидких и пастообразных материалов (ксантогенаты щелочных металлов и др.) под атмосферным давлением или вакуумом.
Используются одно- или двухвальцовые сушилки; основной частью этих сушилок являются медленно вращающиеся (210 об/мин) вальцы, в которые через полую цапфу поступает греющий пар и от них отводится конденсат. Высушиваемый материал поступает на вальцы, налипает на их поверхности тонким слоем (1 2 мм),высушивается и срезается ножом. На рис. 6 показаны одновальцовая и двухвальцовая вакуум-сушилки.
Вакуум-сушильный шкаф простейшая конструкция сушильных аппаратов этого типа (рис. 181). Он представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд 2, одна из крышек 1 которого может легко отодвигаться специальным кронштейном. Внутри аппарата горизонтально установлены полые плиты 3, обогреваемые паром или горячей водой. Высушиваемый материал помещают противни, устанавливаемые на плиты. Вакуум-шкаф после загрузки закрывают и через ловушки откачивают пар в смеси с воздухом вакуум-насосом. В плиты подают теплоноситель.

Материал на противнях постепенно нагревается, пары влаги поступают в конденсатор, где конденсируются, а газы откачиваются вакуум-насосом. Загрузку и выгрузку противней производят периодически вручную. Сушилки этого типа пригодны для сушки легкоокисляемых, взрывоопасных и токсичных продуктов. Сушилки такой конструкции мало производительны и требуют больших затрат ручного труда.
Вакуум-сушилка с гребками. В рассмотренных выше вакуум- сушильных шкафах за счет снижения температуры возможна сушка легко разлагающихся продуктов, но, как указано, требуются большие затраты ручного труда. В сушилке, представленной на рис. 182, процессы загрузки и выгрузки продукта в значительной мере механизированы.


Сушилка состоит из горизонтального цилиндрического корпуса 1 с паровой рубашкой 2, верхнего загрузочного люка 4 и нижнего люка для выгрузки 6. Внутри корпуса имеется мешалка 3 с гребками, близко подходящими к внутренней поверхности корпуса. Лопасти мешалки да одной половине длины барабана (в правой части) повернуты таким образом, что при вращении по часовой стрелке они перемещают материал от середины к правому ее краю.
На левой части сушилки лопасти повернуты в другую сторону и при вращении по часовой стрелке перемещают материал от средней части к левому краю.
Если изменить направление вращения мешалки на противоположное, то лопасти начнут перемещать материал от краев сушилки к средней части. Привод мешалки имеет реверсивное устройство, позволяющее через 58 мин изменять направление вращения и тем самым периодически перемещать материал от средней части сушилки к краям и обратно.
Для улучшения условий теплообмена и предотвращения осмоления продукта на стенках в сушилку помещают штанги 7, которые при вращении мешалки перемещаются, очищая нижнюю половину корпуса сушилки и перекатываясь по лопастям в средней ее части. Пары влаги удаляются через штуцер 5, расположенный в верхнем люке аппарата. Напряжение по испаряемой влаге в сушилках этого типа колеблется от 6 до 8 кг/(м3-ч).
Вакуумные сушилки с мешалками применяются в анилинокрасочной и других отраслях химической промышленности.
Основное преимущество этих аппаратов перед другими конструкциями мягкие условия сушки. Кроме того, обслуживающий персонал почти не соприкасается с высушиваемым материалом, что очень важно при обработке токсичных и взрывоопасных продуктов. В сушилке данного типа можно легко осуществлять улавливание неводных растворителей, удаляемых в процессе сушки, и обеспечить высокую чистоту высушиваемых продуктов.
В вальцовых сушилках осуществляется непрерывная сушка различных жидкостей и текучих пастообразных материалов при атмосферном давлении и под вакуумом.
Двухвальцовая сушилка этого типа, работающая при атмосферном давлении (рис. 183), состоит из корпуса 1, внутри которого расположены два валка 3 и 5, вра щающиеся навстречу друг другу с частотой 210 об/мин. Валки обогреваются паром, поступающим через полые цапфы, и конденсат отводится через сифонные трубки 4. Один из валков 5 вращается в неподвижно укрепленных подшипниках, а другой 3 в подшипниках с подвижными опорами. Это позволяет, регулировать зазор между валками. На валках 3 и 5 установлены по их образующим ножи 6 для съема продукта.

В нижней части имеются шнеки 7 и 8 также обогреваемые паром. Привод одного из валков осуществляется через шестерню 2. Вальцы могут обогреваться горячей водой или высокотемпературными теплоносителями. Материал поступает через загрузочную воронку в пространство между валками, захватывается ими в виде тонкой пленки, подсыхает на их поверхности и срезается ножами 6. Окончательное досушивание материала происходит на шнеках 7 и 8. Сушилка работает непрерывно, ручная загрузка полностью исключена, но конструкция пригодна только для сушки жидких и пастообразных продуктов.
Вальцовая вакуум-сушилка представлена на рис. 184. Основным рабочим органом служит валок 3, обогреваемый изнутри паром. Нижней своей частью валок погружен в материал, подвергаемый сушке. Материал непрерывно поступает в аппарат, захватывается валком, покрывая его тонкой пленкой, подсушивается, срезается ножом 4 и поступает в бункер 1. Все рабочие органы сушилки заключены в общий корпус 2. Производительность по влаге у вакуум-сушилок по сравнению с работающими при атмосферном давлении повышается до 2030 кг/(м2ч)

Сублимационные для сушки пищевых продуктов и медицинских препаратов (антибиотиков, плазмы крови и др.) с сохранением основных биологических качеств материала. В этих сушилках влага удаляется в замороженном состоянии под вакуумом (остаточное давление 6,65332,5 Н/м2 или 0,052,5 мм рт. ст.) при температуре около 0 °С.
         В камере испаряется основная часть влаги (6085% от общего содержания), остальная влага удаляется тепловой вакуум-сушкой (при температуре 3045 °С). Теплота, необходимая для сушки, подводится к материалу от нагретых поверхностей или радиацией от нагретых экранов. При сублимационной С. отсутствует окислительное действие кислорода воздуха, не изменяются размеры продукта, что позволяет получать продукты высокого качества, приближающиеся по органолептическим показателям и содержанию витаминов, пахучих и других веществ к свежим.













рабочий столрабочий столрабочий столрабочий столрабочий стол15