Сушилки с закрученным потоком

Одним из методов интенсификации конвективной сушки дисперсных материалов является использование закрученных потоков сушильного агента. Закрученный поток можно создать путем установки тангенциальных газоходов, спи­ральных и лопастных завихрителей и др. Преимущество закрученного потока по сравнению с прямым заключается в том, что он позволяет в несколько раз увеличить среднюю относительную скорость движения фаз и повысить концентрацию твердого материала в аппарате. Части­цы твердого материала, движущиеся в аппарате, постоянно соударяются со стенкой, благодаря чему средняя скорость их движения невелика (несколько метров в секунду), а относительная скорость движения га­за и материала достигает, высоких значений и близка к скорости газа. Высокая относительная скорость фаз обусловливает интенсивное проте­кание процессов тепло- и массообмена, а повышенная концентрация твердой фазы — большую поверхность контакта фаз, приходящуюся на единицу объема аппарата. Средняя продолжительность пребывания ма­териала в аппаратах с закрученным потоком выше, чем в трубах-су­шилках. Это, обстоятельство в сочетании с высокой интенсивностью процесса позволяет обезвоживать материалы со значительным коли­чеством связанной влаги.

Для сушилок с закрученным потоком характерно сравнительно вы­сокое гидравлическое сопротивление. При сушке слипающихся высоковлажных материалов возможно налипание твердых частиц на стенки. В настоящее время в промышленности применяют спиральные,вихревые и циклонные сушилки, от­носящиеся к аппаратам с закрученным потоком.

Сушильный тракт спиральной сушилки (рис 3.12) выполнен в виде плоской бифилярной спирали, расположенной в вертикальной плоскости. Спиральный канал 1 прямоугольного сечения образован спиральными лентами 2 и 3, стенкой 5 и крышкой. Спиральные листы навиты концентрически, образуя в центре плавный S-образный переход 4, а на перифе­рии корпуса — входной и выходной патрубки. Влажный материал, взвешенный в газе, транспортируется от входного патрубка к выходно­му и высушивается, проходя путь от периферии к центру, а затем в обратном направлении. Спиральные одноступенчатые пневмосушилки с успехом заменяют многоступенчатые трубы-сушилки, при этом они имеют значительно меньшие габариты и менее металлоемки.

Изменение кривиз­ны траектории частиц создает условия нестационарности гидродинамическо­го режима и тепло- и массообмена при условии идеального вытеснения фаз, т. е. при максимальной движущей силе процесса сушки. Бифилярная навивка канала обеспечивает рекуперацию теплоты по длине сушильного канала и снижение тепловых потерь в окружающую среду.

Рис 3.12. Пневмосушилка с каналом в виде плоской бифилярной спирали:

1 — спиральный канал; 2, 3 — спиральные ленты; 4 — S-образный переход; 5 — корпус; 6 — крышка; 7 — эластичная прокладка.

Действительно, начальные витки канала контактируют с выходными, поэтому заключительная стадия процесса конвективной сушки протекает в условиях дополнительного подвода теплоты через спиральную перегородку. Вследствие перераспределения теплоты процесс сушки будет проходить с уменьшением энтальпии сушильного агента в начале процесса и увеличением в конце. Таким образом, движущая сила стремится к сохранению по­стоянной величины на всем протяжении процесса сушки, и для завершения процесса сушки не требуется подвода свежего теплоносителя или второй ступени сушки.

Высокие технико-экономические показатели спиральных сушилок с бифилярным каналом позволяют получить значи­тельный экономический эффект при их использовании для про­изводства продуктов химической, пищевой, сельскохозяйствен­ной и других отраслей промышленности.

Вихревые сушилки более компактны по сравнению с циклон­ными, характеризуются лучшей сепарирующей и большей удержи­вающей способностью. На рис. 3.13 показана вихревая сушилка системы «Конвекс». Аппарат с вертикальной осью за­крутки газовзвеси представляет собой цилиндрическую вихревую камеру 3, снабженную входным патрубком 1 и съемной крышкой 4. Отверстие в днище камеры соединяет ее с улиткой 6 и выходным патрубком 7. Отбойное кольцо 5,имеющее экранный выступ овальной формы, выполнено сменным для регулирования удержи­вающей способности камеры. Труба 2 служит для перекрытия мертвой зоны вихря. Газовзвесь влажного материала входит тан­генциально в вихревую камеру и закручивается. Частицы больше определенного критического размера сепарируются, образуя вращающееся кольцо. Вновь вводимый материал постоянно вы­тесняет циркулирующие во внутренних слоях частицы, которые захватываются воздухом и выносятся через центральное отверстие в улитку, из которой через выходной патрубок выводятся наружу. Вместо улитки можно установить циклонный сепаратор.

Циркулирующее кольцо газовзвеси характеризуется высокой концентрацией материала, поэтому удельная поверхность кон­такта фаз в аппарате возрастает. Кроме того, сепарационное действие центробежного поля способствует более длительному нахождению крупных частиц в зоне сушки, что обеспечивает рав­номерное остаточное влагосодержание материала.

При необходимости глубокой сушки сушилки «Конвекс» можно смонтировать последовательно по 2—3 или смонтировать так, чтобы высушиваемый материал двигался из первой камеры в последнюю, а газ, наоборот, — из последней в первую. Сушилки данного типа можно применять для сушки большого числа продуктов. Так, хорошие результаты получены при сушке древесной щепы, суспензионного ПВХ, а также ряда про­дуктов с очень тонкопористой структурой.

Рис 3.13. Вихревая сушилка системы «Конвекс».

Рис 3.14. Вихревая камера конструкции НИИХиммаша.

Вихревые сушилки, разработанные в НИИХиммаше, отличаются от сушилки «Конвекс» в основном горизонтальным расположением оси цилиндрической (в форме диска) вихревой камеры. Они имеют ряд модификаций, расширяющих возможность применения их для сушки самых разнообразных продуктов. Ба­зовая конструкция вихревой камеры НИИХиммаша схематично представлена на рис. 3.14.

В нижней части корпуса 2 расположено жалюзийное устройство, состоящее из нескольких вогнутых пластин 5, поворачиваю­щихся вокруг неподвижных осей. К жалюзийному устройству примыкает газораспределительный короб 6. В камере можно рас­положить дополнительный тангенциальный газоход 1 для пневма­тической подачи материала в аппарат. В центральной части тор­цовой стенки аппарата имеется отверстие 3,к которому примыкает улиткообразный канал 4 для вывода газовзвеси.

Влажный порошкообразный материал подается питателем в бо­ковую часть камеры и под действием газовых струй, истекающих в камеру через тангенциальные щели, образованные пласти­нами 5, вовлекаются во вращательное движение. Отбрасываемый к стенке материал образует в аппарате кольцевой вращающийся слой, который пронизывают струи газа, выходящего через тан­генциальные щели. Скорость истечения газа 50—80 м/с, макси­мальная скорость движения материала в аппарате не превышает 10 м/с. Это обеспечивает большие относительные скорости движе­ния фаз и, следовательно, высокую интенсивность процессов тепло- и массопереноса; значение коэффициента теплоотдачи в вих­ревых камерах примерно на порядок выше, чем в пневмотрубах.

Толщина слоя материала, накапливаемого в аппарате, возрас­тает с увеличением размера частиц обрабатываемого материала. В промышленных аппаратах толщина кольцевого вращающегося слоя достигает 100—150 мм. Это позволяет накапливать в аппарате большое количество материала и обеспечивать достаточно длитель­ное время пребывания его в камере. Среднее время пребывания материала в вихревых камерах 10—20 с, для частиц материала раз­мером 0,1—0,2 мм, достигает 2—3 мин для частиц размером 3—4 мм, Различие между временем пребывания крупных и мелких частиц дает возможность использовать вихревые камеры для об­работки полидисперсных материалов с удовлетворительной рав­номерностью сушки.

Одной из наиболее простых по конструкции сушилок с закру­ченным потоком теплоносителя является циклонная сушилка кон­струкции НИИХиммаша (рис. 3.15). Она представляет собой верти­кальный цилиндро-конический аппарат с тангенциальным вводом газовзвеси в верхнюю часть цилиндра, снабженного опущенной почти до дна выводной трубой. Поток дисперсного материала движется спиралеобразно вниз и выносится газом через выводную трубу в систему пылеулавливания. Такая конструкция позволяет обеспечить нестационар­ные условия взаимодей­ствия фаз (и, следователь­но, высокую интенсив­ность тепло- и массообмена), а также гаран­тированное время пре­бывания материала в аппарате, достаточное для высушивания продуктов со слабосвязанной вла­гой.

Циклонные сушилки компактнее труб-сушилок: в то же время эквивалентная длина сушильного тракта у них весьма значи­тельна, что обусловлено нестационарностью условий тепло- и массообмена. Под эквивалентной длиной понимают длину сушиль­ного тракта такой одноступенчатой трубы-сушилки, эффект сушки в которой тот же, что и для

Рис 3.15. Циклонная сушилка:

1 — корпус; 2 — выхлопная труба; 3 — крышка.

рассматриваемой циклонной сушилки. Так, эквивалентная длина сушилки ЦС-600 составляет более 40 м, что позволяет осуществлять в циклонных сушилках более глубо­кую сушку и с большой интенсивностью, чем в одноступенчатых трубах-сушилках. Недостатком циклонных сушилок яв­ляется то, что их можно успешно применять только для хорошо сыпучих материалов, не обладающих заметными адгезионно-когезионными свойствами. Для подобных материалов необходим пря­мой участок пневмотранспорта для их подсушки, либо нужно при­менять рециркуляцию продукта.

Дата добавления: 2014-01-20