Конвективная сушка

Общие сведения о процессе сушки материалов

Для осуществления процесса сушки к влажному материалу необ­ходимо подводить теплоту. В зависимости от способа подвода теплоты различают сушильные установки: конвективные, кондуктивные, термо­радиационные, электромагнитные, комбинированные (конвективно-ра­диационные, конвективно-кондуктивно-радиационные и т. д.). За исключением специальных случаев (сушка в замороженном состоянии, сушка со сбросом давления ит. д.), сушка представляет со­бой перемещение влаги внутри материала в зону фазового превраще­ния, затем парообразование и удаление пара в окружающую среду. Испарение влаги создает перепад влагосодержания между внутрен­ними и поверхностными слоями в материале, что вызывает непрерыв­ное движение влаги в направлении к поверхности материала и умень­шение его локального и и среднего w^c влагосодержании (рис. 6.5).

По условиям сушки влагу, содержащуюся в материале, можно разделить на равновесную и удаляемую.

Равновесной влагой называют ту часть общей влаги в материале, которая не может быть удалена при данных условиях сушки. Влагосодержание материала, соответствующее этому количеству влаги, назы­вают равновесным w_p^c.

Наибольшее распространение в промышленности и сельском хозяйстве для обезвоживания материалов получили конвективные сушиль­ные установки. Теплота для сушки материалов в них передается конвекцией от горячего газообразного сушильного агента к влажному ма­териалу. Сушильный агент одновременно служит не только теплоноси­телем, но и влагопоглотителем, поскольку уносит из сушильной уста­новки образовавшиеся в процессе сушки пары влаги. В качестве су­шильного агента используют воздух, топочные и другие инертные по отношению к высушиваемому материалу газы (азот, гелий, диоксид углерода и др.), перегретый водяной пар или пар удаляемого из мате­риала растворителя.

При выборе сушильного агента следует учитывать прежде всего тех­нологические особенности сушки. Например, пищевые продукты не ре­комендуется сушить топочными газами. Использовать инертный сушиль­ный агент следует, если пары удаляемой из материала жидкости взрыво- или пожароопасны и т. д.

Воздух – наиболее дешевый и широко используемый сушильный агент. Его применение особенно эффективно, если сушимый материал не ухудшает свои свойства в присутствии кислорода и не подвержен разложению при высоких температурах. Экономически оправдано на­гревание воздуха до 500 °С в теплообменниках из жаропрочной стали и до 800–1000 °С в регенеративных теплообменниках.

Топочные (дымовые) газы целесообразно использовать при сушке термостойких материалов, не изменяющих качественные показатели при соприкосновении с продуктами горения топлива. Чем выше темпе­ратура используемых топочных газов, тем интенсивнее процесс сушки, тем компактнее сушильная установка. Диапазон температур топочных газов 250–1200 °С. Для сушки используют дымовые газы из топок про­изводственных котельных, из котлов ТЭЦ, нагревательных, плавильных и обжиговых печей или сооружают специальные топочные устройства, в которых сжигают топливо и отходы технологического производства.

Азот используют в качестве сушильного агента редко и в тех слу­чаях, когда по тем или иным причинам нежелателен контакт сушимого материала или паров удаляемой влаги с кислородом. Поскольку азот получают в специальных воздухоразделительных установках, применя­ют его в сушилках, работающих по замкнутому циклу. Экономически оправданный уровень начальных температур этого сушильного агента– около 400 °С. В аналогичных случаях можно применять в качестве су­шильного агента гелий. Коэффициенты теплоотдачи от гелия сущест­венно выше, чем от воздуха или азота, но, с другой стороны, стоимость получения гелия выше, чем азота. Поэтому в таких случаях требуется тщательный технико-экономический анализ.

Для сушки многих капиллярно-пористых материалов целесообразно и экономически выгодно применять в качестве сушильного агента пере­гретый водяной пар атмосферного давления из специального источника или перегретый пар удаляемой из материала влаги растворителя. Ис­пользование в качестве сушильного агента перегретого водяного пара атмосферного давления имеет ряд термодинамических, технологических и технико-экономических преимуществ по сравнению с воздухом или топочньми газами [59, 104]:

1) возрастают коэффициенты внутреннего переноса теплоты и мас­сы вследствие более высокой (равной температуре насыщения при дан­ном давлении) температуры материала;

2) повышаются движущая сила переноса массы (разность концен­траций у поверхности материала и в ядре потока сушильного агента) и коэффициент самодиффузии молекул пара в пар в пограничном слое, что обеспечивает более высокие плотности потока массы при удалении свободной влаги;

3) интенсифицируется внешний теплообмен перегретого пара с ма­териалом;

4) повышенная температура материала способствует снижению кри­тического влагосодержания, увеличению длительности первого периода сушки;

5) появляется возможность применения высокотемпературного су­шильного агента вследствие отсутствия в нем свободного кислорода (исключено возгорание, окисление материала);

6) снижаются капитальные и эксплуатационные затраты, так как удельная объемная теплоемкость перегретого водяного пара на 20–30% выше, чем воздуха;

7) уменьшается удельный расход теплоты за счет реализации за­мкнутой циркуляции сушильного агента и утилизации большей части теплоты.

Наиболее существенно преимущества перегретого пара проявляются при температурах выше 150–180 °С, причем чем выше температура, тем более эффективно применение перегретого пара.

Дата добавления: 2014-11-29