Разработка автоматического управления процесса сушки полидисперсных материалов во взвешенно-закрученном слое (стр. 4 из 9)

Распылительные сушилки широко используются для сушки хлористого винила, хлорида магния, глинозема, красителей, меламина, триполифосфата натрия, хлористого алюминия, стрептомицина и других продуктов. В них возможно диспергирование паст с содержанием 65% твердой фазы при вязкости до 100000 пз (средний диаметр диспергированных частиц 4 мк), кроме того, при сушке в распылительных сушилках можно получить материал желаемой зернистости, объемного насыпного веса и т.д.

Качество продукта в распылительной сушилке высокое так как он не подвергается ни окислению, ни термическому разложению. Готовый продукт получается однородным, производительность установок значительная. Установки работают в непрерывном цикле, что позволяет провести автоматизацию процесса. Применение распылительных сушилок дает возможность ликвидировать предшествующие процессы фильтрации и центрифугирования, упростить обслуживание сушилок.

Недостатки распылительных сушилок следующие:

1) отсутствие циркуляции теплоносителя, что приводит к повышенному расходу электроэнергии;

2) громоздкость конструкции, большие габаритные размеры (особенно при низких температурах воздуха);

3) сложность распылительных и пылеулавливающих устройств;

4) сравнительно высокая стоимость сушилки.

Сушилки с кипящим (псевдоожиженным) слоем

Эти сушилки широко распространены в химической и смежных отраслях промышленности, поскольку в аппаратах такого типа можно высушивать зернистые, пастообразные и жидкие материалы. Процесс протекает с большой скоростью, съем влаги с 1 м2 газораспределительной решетки в зависимости от размера частиц материала и температурного режима сушки составляет 500—3000 кг/(м2 · ч). Возможность сушки слипающихся, пастообразных и жидких материалов объясняется тем, что кипящий (взвешенный, псевдоожиженный) слой является как бы «ретуром» предварительно подсушенного продукта.

В установках со взвешенным слоем можно одновременно проводить несколько процессов, например сушку и обжиг, сушку и гранулирование, сушку и измельчение.

Такие установки разнообразны как по конструкции, так и по гидродинамическим и тепловым режимам. Их можно классифицировать по количеству камер, по режиму процесса (периодического, полунепрерывного и непрерывного действия), по конфигурации сушильной камеры (круглые и прямоугольные, постоянного и расширяющегося по высоте сечения), по гидродинамическому режиму (с кипящим, фонтанирующим и вихревым слоем).

Схемы различных сушилок с кипящим слоем показаны на рис. 1.9 а — однокамерная (однозонная) сушилка круглого сечения (применяется обычно для сушки термостойких материалов); б — однозонная прямоугольная с отношением длины к диаметру более 2, что обеспечивает направленное движение материала от места загрузки к месту выгрузки (используется для дисперсных материалов, содержащих внутреннюю влагу; при этом достигается высокая равномерность сушки); в и г — многозонные сушилки (в каждой зоне могут создаваться различные гидродинамические и температурные режимы, так как теплоноситель подается в них отдельными вентиляторами; для надежности транспортировки материала из одной зоны в другую такие сушилки применяются для крупнозернистых материалов, обладающих хорошей сыпучестью); д и е — многозонные сушилки с многократным использованием теплоносителя.

Рисунок 1.9 – Схемы различных сушилок с кипящим (псевдоожиженным) слоем

а — однозонная круглая; б — однозонная прямоугольная с направленным движением материала; в — с направленным движением материала, расположением зон одна над другой и однократным использованием теплоносителя; г - многозонная в горизонтальной плоскости; д — многозонная с многократным использованием теплоносителя; е — цилиндрическая многозонная с многократным использованием теплоносителя.

Сушилка, представленная на рис. 1.9, г имеет горизонтальное расположение зон, причем в каждую зону может подаваться теплоноситель с определенными параметрами, и, таким образом, каждая зона может работать со своими значениями температуры и скорости газов. Над решеткой зоны не разделяются порогами, что обеспечивает беспрепятственное движение материала вдоль решетки.

Время пребывания материала в такого типа аппаратах можно легко регулировать. Оно рассчитывается из соотношения:

τ ср = Gсл / G2

где τ ср — среднее расходное время пребывания материала в слое; Gсл масса слоя; G2 — производительность сушилки по высушенному материалу. Изменяя высоту слоя и, таким образом, его массу, можно регулировать τ ср .

Периодически действующие сушильные установки предназначены для сушки сыпучих и пастообразных материалов в малотоннажных производствах химической и химико-фармацевтической промышленности.

Сушилка имеет камеру, которая установлена на тележке, что позволяет производить загрузку влажного и выгрузку высушенного материала вне пределов установки. После загрузки камера вкатывается в нижнюю часть сушильной зоны, при помощи рычагов поднимается и соединяется с фильтром, расположенным в верхней части сушильной зоны. Фильтр представляет собой каркас из системы концентрических колец, на которые натянут конус из стеклоткани (площадь поверхности 20 м2). Фильтр периодически встряхивается с частотой вибраций 2800 в 1 мин. Вибратор заключен в кожух с поддувом чистого воздуха или азота. К сушильной зоне примыкает зона со вспомогательным оборудованием — вентилятором, паровыми калориферами и калориферами для высокотемпературного теплоносителя. Последние используются при необходимости более высокой температуры нагрева воздуха, чем та, которая достигается в паровых калориферах (т.е. до 180—200 °С). Установка имеет систему КИП и автоматики.

Сушилки такого типа могут быть снабжены перемешивающими устройствами для пастообразных материалов, рассыпающихся в процессе сушки.

Примером сушилки полунепрерывного действия, обеспечивающей непрерывность процесса по транспорту твердой фазы при периодической сушке, может служить сушилка с вращающимися перегородками. В этих аппаратах достигается равномерная сушка, однако применять их можно только в малотоннажных производствах.

В химической промышленности чаще всего используют непрерывно-действующие сушильные установки кипящего слоя или других разновидностей взвешенного слоя (фонтанирующего, вихревого). На рис. 1.10 показана сушильная установка для хлористого калия производительностью около 100 т/ч (диаметр сушилки 3,2 м, площадь решетки 8 м2). Влажный материал подается транспортером в приемный бункер 2 и питателем-забрасывателем 3 распределяется на поверхности слоя. Вентилятором 4 воздух направляется для подачи в горелку, где сгорает природный газ или мазут, а также на разбавление продуктов сгорания в камеру смешения, составляющую одно целое с топкой 5. Теплоноситель поступает в подрешеточное пространство камеры 6 и, выходя с большой скоростью из отверстий газораспределительной решетки, псевдоожижает находящийся на ней слой высушенного продукта. Высушенный продукт разгружается непрерывно через отверстие, находящееся на уровне решетки (в других установках разгрузка производится через переливное устройство, расположенное на уровне слоя). Разгрузка на уровне решетки способствует выводу крупных комков. Сухой материал поступает на ленточный транспортер.

Рисунок 1.10 – Крупномасштабная сушильная установка с кипящим (псевдоожиженным) слоем

1 — транспортер; 2 — бункер; 3 — питатель; 4 — вентилятор; 5 — топка; 6 — камера; 7 — циклон; 5 — батарейный циклон; 9 — дымосос

Мелкая фракция, выделенная в системе циклонов (обычном 7 и батарейном 8), вертикальным шнеком подается из сборника к месту загрузки и смешивается с влажным материалом. Окончательная очистка отходящего из сушильной установки теплоносителя осуществляется в мокром скруббере, перед которым установлен дымосос 9.

При сушке комкующихся материалов, а также термочувствительных продуктов гидродинамический режим в прирешеточной зоне должен быть достаточно активным, застойные зоны должны отсутствовать. Такой режим обеспечивается в аппаратах со слоем расширяющегося сечения — фонтанирующим (рис. 1.11,а) и вихревым (рис. 1.11,б). Эти аппараты легко масштабируются путем параллельного соединения соответствующего количества желобов. Отличие состоит в том, что в аппарате с вихревым слоем теплоноситель подводится в слой тангенциально, решетка беспровальная, а в аппарате с фонтанирующим слоем ввод теплоносителя осуществляется снизу.

Рисунок 1.11 – Схемы сушильных аппаратов

а — с фонтанирующим слоем; б — с вихревым слоем

Сушилки со взвешенным слоем успешно используются для сушки суспензий и растворов, причем высушенный продукт может быть получен либо в гранулированном виде, либо в виде порошка.

При получении высушенного материала в виде гранул процесс обычно проводят в слое высушиваемого материала с разгрузкой продукта из слоя, а при необходимости получения сравнительно тонкодисперсного материала и в тех случаях, когда высушиваются термочувствительные и вязкие материалы (желатина, дубители, красители, пигменты), рекомендуется сушка с использованием инертных частиц (фторопластовых, фарфоровых и др.). Следует иметь в виду, что в последнем случае процесс более устойчив, поскольку масса слоя, состоящего практически только из инертных частиц, в процессе сушки не изменяется.