Специальные виды сушки и типы сушилок

К специальным видам сушки, относятся : радиационная, диэлектрическая и сублимационная.

Терморадиационные сушилки.

Ламповая радиационная сушилка. В качестве источников инфракрасного излучения применяют специальные электрические лампы(с нитью накаливания большей толщины, нежели в обычных электрических лампах, и с зеркальным отражением) либо экраны или панели, обогреваемые газом. В ламповой сушилке над поверхностью высушиваемого материала(обычно перемещаемого транспортером) устанавливают лампы, создающие направленный поток инфракрасных лучей требуемой мощности. Эти лампы безинерционны, так как при включении их мгновенно возникает поток энергии. Однако такой метод сушки дорог и применяется только при необходимости удаления малых количеств влаги.

Терморадиационная сушилка с электрическим или газовым обогревом. В качестве электрических излучателей используют зеркальные лампы или элементы сопротивления(панельные или трубчатые), а также керамические нагреватели-электрические спирали, запрессованные в керамической массе. Все эти нагреватели более сложны и инерционны, чем ламповые, но  обеспечивают большую равномерность сушки.

Газовый обогрев обычно проще и экономичнее электрического. При газовом обогреве излучателями являются металлические или керамические плиты, которые нагреваются либо открытым пламенем, либо продуктами сгорания газов. В сушилке с открытым пламенем обогрев излучающей панели открытым пламенем газовых горелок производится со стороны, обращенной к материалу, который перемещается на транспортере. Больший к.п.д. и лучшие условия труда достигаются при применении сушилки с нагревом продуктами сгорания газов, движущимися внутри излучателя. Газ и горячий воздух поступают в горелку. Продукты сгорания из камеры направляются на обогрев излучающей поверхности. На пути они подсасывают в эжекторе часть отработанных(рециркулирующих) газов для увеличения скорости потока теплоносителя и повышения коэффициента теплоотдачи от газов к поверхности излучения. Тепло отходящих газов используют для нагрева воздуха, поступающего в горелку, и в некоторых случаях -для предварительной подсушки материала.

Достоинства: компактность, эффективны для сушки тонколистовых материалов и окрашенных поверхностей(ткань, бумага, лакокрасочные покрытия).

Недостатки: относительно высокий расход энергии 1,5-2,5 квт*ч на 1 кг испаренной влаги, что ограничивает область их применения.   

Высокочастотные (диэлектрические) сушилки.

Высокочастотная сушилка. Состоит из лампового высокочастотного генератора и сушильной камеры. Переменный ток из сети поступает в выпрямитель, затем в генератор, где преобразуется в переменный ток высокой частоты. Этот ток подводится к пластинам конденсаторов, между которыми движется на ленте высушиваемый материал. Обычно такие сушилки имеют две ленты, на которых последовательно высушивается материал. Под действием электрического поля высокой частоты ионы и электроны в материале(содержащего обычно некоторое количество электролита, например раствора солей) меняют направление движения синхронно с изменением знака заряда пластин конденсатора; дипольные молекулы приобретают вращательное движение, а неполярные молекулы поляризуются за счет смещения их зарядов. Эти процессы сопровождаемые трением, приводят к выделению тепла и нагреванию высушиваемого материала. Изменяя напряженность электрического поля, можно регулировать величину температурного градиента между внутренними слоями материала и его поверхностью, т.е. регулировать скорость сушки, а также избирательно нагревать лишь одну из составных частей неоднородного материала.

Достоинства: сушка токами высокой частоты быстрая и обеспечивает равномерную сушку толстослойных материалов.

Недостатки: оборудование сушилок является сложным и дорогим в эксплуатации и сушка таким методом требует больших расходов энергии. 

Сублимационные сушилки.

Сублимационная сушилка. В сушильной камере, называемой сублиматором, находятся пустотелые плиты, внутри которых циркулирует горячая вода. На плитах устанавливаются противни с высушиваемым материалом, имеющие снизу небольшие бортики, поэтому противни не соприкасаются поверхностью днища с плитами и тепло от последних передается материалу, преимущественно радиацией. Паро-воздушная смесь из сублиматора поступает в трубы конденсатора вымораживателя, в межтрубном пространстве которого циркулирует хладоагент, например аммиак. Конденсатор включается в один циркуляционный контур с испарителем аммиачной холодильной установки и соединяется с вакуум-насосом, предназначенным для отсасывания неконденсирующихся газов и воздуха. В трубах конденсатора происходит конденсация и замораживание водяных паров. Для более удобного удаления льда обычно используют два конденсатора, которые попеременно работают и размораживаются. Применение этого метода сушки целесообразно лишь в тех случаях, когда к высушенному продукту предъявляются высокие требования в отношении сохранения его свойств при длительном хранении. В настоящее время путем сублимации сушат главным образом ценные продукты, не выдерживающие тепловой сушки и требующие сохранения их биологических свойств( пенициллин и другие медицинские препараты, плазма крови, высококачественные пищевые продукты).

Достоинства: высушенные материалы полностью сохраняют структуру и биологические свойства и могу храниться долгое время.

Недостатки: расход энергии и эксплуатационные расходы очень большие, дорогостоящий способ. 

Контактные сушилки.

Вакуум-сушильные шкафы. Контактная сушилка периодического действия, которая используется для сушки малотоннажных продуктов в производствах с разнообразным ассортиментом продукции, где применение высокопроизводительных механизированных сушилок непрерывного действия экономически не оправдано. Вакуум-сушильный шкаф представляет собой цилиндрическую(реже прямоугольную) камеру, в которой размещены полые плиты, обогреваемые изнутри паром или горячей водой. Высушиваемый материал находится в лотках(противнях), установленных на плитах. Во время работы камера герметически закрыта и соединена с установкой для создания вакуума. Загрузка и выгрузка материала производятся вручную. Напряжение рабочей поверхности плит(со стороны материала) обычно не превышает 0,5-3,5 кг/(м²*ч) влаги.

Достоинства: пригодны для сушки легко воспламеняющихся, взрывоопасных и выделяющих вредные или ценные пары веществ.

Недостатки: малопроизводительны и малоэффективны, поскольку сушка в них происходит в неподвижном слое при наличии плохо проводящих тепло зазоров между противнями и греющими плитами.  

Гребковые вакуум-сушилки. Гребковая сушилка, периодического действия, состоит из цилиндрического корпуса с паровой рубашкой и мешалки. Гребки мешалки закреплены на валу взаимно перпендикулярно; на одной половине длины барабана гребки мешалки изогнуты в одну сторону, на другой половине- в противоположную. Кроме того, мешалка имеет реверсивный привод, автоматически меняющий каждые 5-8мин направление ее вращения. Поэтому при работе мешалки материал(загруженный через люк) периодически перемещается от периферии к середине барабана и в обратном направлении. Вал мешалки может быть полым и через него можно также осуществлять обогрев высушиваемого материала. Свободно перекатывающиеся между гребками трубы способствуют разрушению комков и дополнительно перемешивают материал. Разгрузка высушенного материала производится через люк. Корпус сушилки соединен с конденсатором и вакуум-насосом и не требуют ручной загрузки и выгрузки. Производительность сушилки зависит от температуры греющего пара, величины разряжения и влажности материала. Сушилки этого типа часто применяют в анилинокрасочной промышленности.

Достоинства: они пригодны для сушки чувствительных к высоким температурам, а также токсичных и взрывоопасных веществ, для получения высушенных продуктов повышенной чистоты, а также в тех случаях, когда необходимо улавливание(конденсация) паров неводных растворителей, удаляемых из материала.

Недостатки: высокая стоимость и сложность изготовления.

Вальцовые сушилки. Существуют одновальцовые и двухвальцовые сушилки, предназначенные для сушки пастообразных и жидких материалов при атмосферном давлении или в вакууме.

Вакуумные вальцовые сушилки работают по тому же принципу, что и атмосферные, но в них все рабочие части находятся внутри герметичного кожуха, соединенного с установкой для создания вакуума.   

Двухвальцовые сушилки. Их основной частью являются вальцы, медленно вращающиеся(n=2-10 об/мин) в кожухе навстречу друг другу. Сверху между вальцами непрерывно подается высушиваемый материал. Греющий пар поступает через полую цапфу внутрь каждого из вальцов, паровой конденсат отводится через сифонную трубку. Ввод пара и выводы конденсата производится со стороны, противоположной приводу. Вальцы могут обогреваться горячей водой или высокотемпературными органическими теплоносителями. Материал покрывает поверхность вальцов тонкой пленкой, толщина которого определяется величиной зазора между вальцами. Высушивание происходит интенсивно в тонком слое в течении одного неполного оборота вальцов. Пленка подсушенного материала снимается ножами, расположенными вдоль образующей каждого вальца. Чем тоньше слой материала на вальцах, тем быстрей и равномерней он сушится. В сушилке материал после вальцов последовательно проходит сначала верхний досушиватель, затем нижний.

Одновальцовые сушилки. В этих сушилках в корыте вращается один полый обогреваемый изнутри барабан(валец). Под ним имеется питающее устройство с мешалкой. Материал тщательно перемешивается в ванне питающего устройства и наносится тонким слоем 1-2мм на валец. В остальном работа не отличается от работы двухвальцовой сушилки.

Одновальцовые формирующие сушилки. Применяются для сушки пастообразных материалов. Работающий при атмосферном давлении барабан(валец) сушилки имеет рифленую поверхность с кольцевыми канавками глубиной 6-10 мм. Паста из загрузочной воронки вмазывается в канавки с помощью прижимного валика. За один оборот вальца в его канавках образуются отформированные палочки пористой структуры, которые легко выламываются небольшими кусочками посредством гребенчатого ножа.

Барабанные контактные сушилки. В барабанной сушилке с передачей тепла через стенку топочные газы, получаемые в топке, омывают барабан снаружи, а затем проходят через внутренний цилиндр и отсасываются вентилятором. Высушиваемый материал движется слева направо по кольцевому пространству между стенками барабан и цилиндра. Такие сушилки применяются в тех случаях, когда, во избежание загрязнения высушиваемого материала, его соприкосновение с топочными газами не допустимо. 

Достоинства: возможна эффективная сушка в тонком слое материалов, не выдерживающих длительного воздействия высоких температур, продолжительность сушки регулируется частотой вращения вальцов.

Недостатки: в сушилках без досушивателей часто не достигается требуемая низкая конечная влажность материала.   

Конвективные сушилки.

Конвективные сушилки с неподвижным или движущимся плотным слоем материала.

Камерные сушилки. Эти сушилки являются аппаратами периодического действия, работающими при атмосферном давлении. Они используются в производствах небольшого масштаба для материалов, допускающих невысокую температуру сушки. Материал в этих сушилках сушится на лотках(противнях), установленных на стеллажах или вагонетках, находящихся внутри сушильной камеры. На каркасе камеры между вагонетками установлены козырьки, которые как бы делят пространство камеры на три расположенные друг над другом зоны, вдоль которых последовательно движется сушильный агент. Свежий воздух, нагретый в наружном калорифере, засасывается вентилятором и подается вниз камеры сушилки. Здесь он движется, два раза меняя направление и дважды нагреваясь в промежуточных калориферах. Часть отработанного воздуха с помощью шибера направляется на смешение со свежим. Таким образом, сушилка работает с промежуточным подогревом и частичной рециркуляцией воздуха. Для создания более равномерной циркуляции воздуха в некоторых конструкциях сушилок наружный вентилятор заменяют внутренними реверсивными осевыми вентиляторами или применяют эжекторы.

Достоинства: простота устройства.

Недостатки: обладают низкой производительностью и продолжительность сушки в них велика. Сушка в них не равномерна из-за неравномерности температур в камере, возникающей за счет частичного прохода воздуха в вышерасположенные зоны кратчайшим путем. Обслуживание камерных сушилок требует больших затрат ручного труда.

Туннельные сушилки. Представляют собой аппараты непрерывного действия, представляющие собой длинные камеры. Внутри камеры по рельсам медленно перемещается ряд вагонеток, загруженных высушиваемым материалом. Поток нагретого воздуха, нагнетаемый вентилятором через калорифер, проходит вдоль камеры, омывая высушиваемый материал и испаряя влагу. Торцы камеры закрываются плотно дверями-шлюзами, периодически открывающимися для удаления с одного конца вагонетки с высушенным материалом и загрузки с другого конца вагонетки с влажным материалом. Туннельные сушилки обычно используют для сушки большого числа штучных материалов.

Достоинства: более прогрессивны в сравнении с остальными, т.к. сушка идет непрерывно.

Недостатки: длительная и неравномерная сушка, затрачивается много ручного труда при их обслуживании, громоздкость.

Ленточные сушилки. В этих сушилках сушка материалов производится непрерывно при атмосферном давлении. В камере сушилки слой высушиваемого материала движется на бесконечной ленте, натянутой между ведущим и ведомым барабанами. Влажный материал подается на один конец ленты, а подсушенный удаляется с другого конца. Сушка осуществляется горячим воздухом или топочными газами, которые движутся противотоком или перекрестным током к направлению движения материала. С целью более равномерной сушки в некоторых конструкциях ленточных сушилок для перемешивания и выравнивания слоя материала над лентой помещают специальные ворошители.

В одноленточных сушилках со сплошной лентой обычно наблюдается неравномерное высушивание материала: во внутренней части слоя, обращенной к ленте, конечная влажность выше, чем в его наружной части, омываемой газами или воздухом.

Применение многоленточных сушилок с лентами из металлической сетки. В них сушильный агент движется перпендикулярно плоскости ленты сквозь находящийся на ней слой материала. При пересыпании материала с ленты на ленту увеличивается поверхность его соприкосновения с сушильным агентом, что способствует возрастанию скорости и равномерности сушки.

Достоинства: эти сушилки особенно целесообразны для сушки формованных изделий, когда не допускается расслоение или повреждение формы.

Недостатки: громоздкость и сложность в обслуживании из-за перекосов и растяжения лент, удельная производительность их не велика, а удельные расходы тепла довольно высоки. Кроме того, они непригодны для сушки пастообразных материалов.

Петлевые сушилки. В этих сушилках, непрерывного действия, работающих при атмосферном давлении, производят сушку пастообразных материалов, а так же тонколистовых. В сушилке для паст питатель подает материал на бесконечную гибкую сетчатую ленту, которая проходит между обогреваемыми паром вальцами, вдавливающими пасту внутрь ячеек ленты. Лента с впрессованным материалом поступает в сушильную камеру, где образует петли. Это достигается с помощью шарнирно соединенных звеньев ленты и расположенных на ней через отдельные промежутки поперечных планок, опирающихся на цепной конвейер. С помощью направляющего ролика лента отводится к автоматическому ударному устройству, посредством которого высушенный материал сбрасывается с ленты и выводится из сушилки разгрузочным шнеком. Циркуляция воздуха или газов осуществляется с помощью осевых вентиляторов, причем горячий воздух или газ движется поперек ленты.

Достоинства: большая скорость сушки.

Недостатки: сложность конструкции и требование эксплуатационных расходов.  

Конвективные сушилки с перемешиванием слоя материала.

Барабанные сушилки. Эти сушилки широко применяются для непрерывной сушки при атмосферном давлении кусковых, зернистых и сыпучих материалов. Барабанная сушилка имеет цилиндрический барабан, установленный с небольшим наклоном к горизонту и опирающийся с помощью бандажей на ролики. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу и редуктор, положение его в осевом направлении фиксируется упорными роликами. Материал подается в барабан питателем, предварительно подсушивается, перемешиваясь лопастями приемно-винтовой насадки, а затем поступает на внутреннюю насадку, расположенную вдоль почти все длины барабана. Насадка обеспечивает равномерное распределение и хорошее перемешивание материала по сечению барабана, а также его тесное соприкосновение при пересыпании с сушильным агентом- топочными газами. Газы и материал часто движутся прямотоком, что помогает избежать перегрева материала. Чтобы избежать усиленного уноса пыли с газами последние просасываются через барабан вентилятором. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от пыли в циклоне. На концах барабана часто устанавливают уплотнительные устройства, затрудняющие утечку сушильного агента. У разгрузочного конца барабаны имеется подпорное устройство в виде сплошного кольца, назначении которого- поддерживать определенную степень заполнения барабана материалом(не выше 20%). Высушенный материал удаляется из камеры через разгрузочное устройство, с помощью которого герметизируется камера и предотвращается поступление в нее воздуха извне.

Устройство внутренней насадки барабана зависит от размера кусков и свойств высушиваемого материла. Подъемно-лопастная насадка используется для сушки крупнокусковых и склонных к налипанию материалов, а секторная насадка- для малосыпучих и крупнокусковых материалов с большой плотностью. Для мелкокусковых, сильно сыпучих материалов широко применяются распределительные насадки. Сушка тонкоизмельченных, пылящих материалов производится в барабанах, имеющих перевалочную насадку с закрытыми ячейками. Иногда используют комбинированные насадки.

Достоинства: высокая производительность, несложная конструкция, возможность сушит разнообразные продукты.

Конвективные сушилки со взвешенным слоем материала.

Сушилки с кипящим(псевдоожиженным) слоем. Сушилки с кипящим слоем применяются в химической технологии не только для сушки сильносыпучих зернистых материалов, но и материалов, подверженных комкованию, полимеров, а также пастообразных материалов, растворов, расплавов и суспензий.

Однокамерные сушилки. Сушилки непрерывного действия, в которых высушиваемый материал подается из бункера питателем в слой материала, кипящего на газораспределительной решетке в камере сушилки. Сушильный агент- горячий воздух или топочные газы, разбавленные воздухом, который подается в смесительную камеру вентилятором, проходит с заданной скорость через отверстия решетки и поддерживает на ней материал в кипящем состоянии. Высушенный материал ссыпается через штуцер несколько выше решетки и удаляется транспортером. Отработанные газы очищаются от унесенной пыли в циклоне и батарейном пылеуловителе, после чего выбрасываются атмосферу.

Многокамерные сушилки. Состоят из двух и более камер, через которые последовательно движется высушиваемый материал. Камеры располагаются либо рядом, либо одна над другой. Горячий воздух с большой скоростью подается через отверстия решетки, расположенной в нижней части каждой камеры. Материал поступает в верхнюю камеру, подсушивается в ней и пересыпается в нижнюю камеру, из которой удаляется высушенный материал. Воздух подается в каждую камеру отдельно  и отводится из камер в общий коллектор для очистки от пыли, после чего выбрасывается в атмосферу. Над решеткой верхней камеры установлен механический разрыхлитель для комкающегося высушиваемого материала.

Ступенчато - противоточные сушилки с кипящим слоем. Для материалов, мало чувствительных к нагреву. За счет противотока материала и сушильного агента достигается более высокая степень насыщения газа влагой, но высушенный материал соприкасается с наиболее горячим теплоносителем. Для регулирования температуры нагрева в слой материала в секциях помещают змеевики. В таких сушилках выгрузка высушенного материала производится над слоем через переточные патрубки. Чтобы избежать чрезмерного увеличения гидравлического сопротивления, высоту кипящего слоя в сушилках непрерывного действия поддерживают в пределах 400-700 мм.

Достоинства: можно высушивать зернистые, сыпучие, пастообразные и жидкие материалы, процесс протекает очень интенсивно в силу значительного увеличения поверхности контакта между частицами материала и сушильным агентом.

Недостатки: повышенный расход электроэнергии, невысокая интенсивность процесса при сушке тонкодисперсных продуктов, значительное истирание частиц материала и, как следствие, образование большого количества пыли.

Распылительные сушилки.  В этих сушилках достигается высокая интенсивность испарения влаги за счет тонкого распыления высушиваемого материала в сушильной камере, через которую движется сушильный агент. Распыление осуществляется механическими и пневматическими форсунками, а также с помощью центробежных дисков. В распылительной сушилке материал подается в камеру через форсунку. Сушильный агент движется параллельным током с материалом. Мелкие твердые частицы высушенного материала осаждаются на дно камеры и отводятся шнеком. Отработанный сушильный агент после очистки от пыли в циклоне и рукавном фильтре выбрасывается в атмосферу. Для более равномерного распределения сушильного агента по сечению камеры и хорошего смешивания с каплями высушиваемой жидкости используют ввод газа через штуцер, расположенный касательно к корпусу камеры, или через ряд щелей, по ее окружности.

Достоинства: высокая интенсивность испарения влаги, быстрота сушки, возможна сушка холодным теплоносителем, когда распылеваемый материал предварительно нагрет.

Недостатки: большие габаритные размеры, повышенный расход энергии, значительный унос, что требует хорошее обеспыливание отработанных газов, оборудование сушилки является довольно сложным и дорогим в эксплуатации.

Конвективные сушилки с пневмотранспортом материала.

Пневматические сушилки. Применяют для сушки во взвешенном состоянии зернистых и кристаллических материалов. Сушка осуществляется в вертикальной трубе длинной до 20м. Частицы материала движутся в потоке нагретого воздуха, скорость которого превышает скорость витания частиц. Материал из бункера подается питателем в трубу и увлекается потоком воздуха, который нагнетается вентилятором и нагревается в калорифере. Воздух выносит высохший материал в сборник-амртизатор и затем в циклон, где отделяется от частиц материала. Высушенный материал удаляется с помощью разгрузочного устройства. Отработанный воздух для окончательной очистки от пыли проходит через фильтр, после чего удаляется в атмосферу.

Достоинства: компактность, простота устройства.

Недостатки: значительный расход энергии, процесс сушки длится секунды и за такое время из материала удается испарить только часть свободной влаги, область применения ограничена.

Аэрофонтанные сушилки. В этих сушилках высушиваемый материал витает в сушильной камере в потоке сушильного агента. Вследствие конической формы камеры в верхней ее части происходит резкое снижение скорости газа и более тяжелые частицы материала при этом оседают, создавая циркуляцию твердой фазы. Частицы с низкой скоростью витания(высохшие) непрерывно уносятся из камеры и отделяются от газа в циклоне.

Достоинства: обладают высокой эффективностью, время контакта частичек материала с сушильным агентом мало, что позволяет для сушки нетермостойких материалов использовать высокотемпературные топочные газы.