|
ВСТУП.
Сушильні установки
1.1 Природне і штучне сушіння матеріалів
Сушінням називається термічний процес видалення з твердих матеріалів або розчинів вологи, що утримується в них, шляхом її випару. Цим сушіння відрізняється від інших методів видалення вологи, наприклад шляхом поглинання її хімічними реагентами або механічним відділенням.
Вироби або матеріали приходиться сушити в залежності від їхніх призначень для різних цілей. Тверде паливо, наприклад, підсушують для підвищення теплоти згоряння, поліпшення процесу горіння, деревину - для збільшення міцності, запобігання від гниття і цвілі, різні інші вироби - для полегшення обробки, збільшення довговічності, запобігання стиску, скривлення і розтріскування. Ряд матеріалів піддається сушінню для зменшення їхньої ваги і тим самим здешевлення транспортування, зміни фізичних властивостей (наприклад, зменшення теплопровідності). Перелік матеріалів, що піддаються в процесі їхньої обробки також і сушінню, надзвичайно великий. Глибина зневоднювання матеріалу в кожнім окремому випадку визначається багатьма причинами.
У деяких випадках перед сушінням матеріалів доцільно попереднє зневоднювання їх механічним або фізико-хімічним способом. Механічне зневоднювання (віджимання і відсмоктування вологи, центрифугування, фільтрування) широко застосовується в текстильній промисловості, для чого в технологічний процес включаються спеціальні апарати - преси, центрифуги, вакуум-фільтри.
Механічне зневоднювання матеріалів більш економічне, чим теплове сушіння, однак воно застосовується тільки для матеріалів, що допускають деформацію (торф'яна маса, текстиль, вовна і т.д.). При цьому одне механічне зневоднювання матеріалу в більшості випадків є недостатнім, тому що воно забезпечує тільки часткове видалення вільної вологи (до 40-60 відсотків). Тому часто комбінують різні способи видалення вологи, наприклад, у текстильній промисловості після механічного зневоднювання, а в хімічної після випарювання застосовують сушіння матеріалів, перевагами якого є можливість одержання матеріалу з будь-якою кінцевою вологістю.
Сушіння матеріалів можна робити природним і штучним шляхами. Природне сушіння звичайно виробляється на відкритому повітрі, під навісами або в спеціальних сараях і являють собою процес, при якому повітря, що поглинуло пари вологи, приділяється з зони сушимого матеріалу без штучних заходів. Природне сушіння виробляється за рахунок тепла зовнішнього повітря і застосовуються для масової при масовій обробці дешевих вологих матеріалів і палив, наприклад глини, піску, торфу, дров, пиломатеріалів, сіна і т.п., і має ще значне застосування в народному господарстві..
Аркуш
Недоліками природного сушіння в порівнянні зі штучної є велика тривалість, залежність її т часу року і стани зовнішнього повітря , необхідність великої території для розміщення матеріалу. При природному сушінні матеріал можна висушити тільки до вологості, близької до рівноважних, відповідних параметрів навколишнього повітря й у ряді випадків недостатньої для наступної технологічної обробки матеріалів.
Незважаючи на удавану простоту і дешевину, природне сушіння у виробничих масштабах виявляються досить дорогою. Наприклад, природне сушіння лісоматеріалів на біржах іноді незначно відрізняються по вартості від штучного сушіння таких же матеріалів у сушарках.
Штучне сушіння матеріалів виробляється в спеціальних пристроях - сушарках, у яких сушильний агент, що поглинув пари вологи, приділяється штучним способом: за допомогою вентиляторів, інжекторів, витяжних труб і інших пристроїв. Штучне сушіння в більшості випадків здійснюються гарячим повітрям.
1.2 Механізм і кінетика сушіння вологих матеріалів
Сушіння як технологічний процес обробки матеріалів застосовується дуже давно, а як галузь науки, сушіння, стало сформуватися в останні два сторіччя.
Механізм сушіння вологих матеріалів визначається в основному формою зв'язку вологи з матеріалом і режимом сушіння. В основу класифікації форми зв'язку вологи з матеріалом у даний час прийнята схема, запропонована П. А. Ребиндером. Відповідно до цієї схеми розрізняють:
" хімічний зв'язок (зв'язок у точних кількостях співвідношеннях)
" фізико-хімічний зв'язок ( зв'язок у різних, не строго визначених співвідношеннях)
" механічний зв'язок (утримання води в невизначених співвідношеннях)
Фізико-хімічний зв'язок поділятися на адсорбційну й осмотичну; до останнього можна віднести і структурну вологу. Механічний зв'язок може бути розділений на зв'язок у макрокапілярах ( капіляри з радіусом більше см) і зв'язок у мікрокапілярах ( капіляри з радіусом менше см).
При сушінні віддаляється волога, зв'язана з матеріалом механічно і хімічно. Хімічно зв'язана волога звичайно не віддаляється, тому що це привело б до руйнування матеріалу, а задачею сушіння в більшості випадків є видалення вологи з матеріалу зі збереженням усіх його коштовних фізико-хімічних властивостей і якостей.
У процесі сушіння волога переміщається з внутрішніх шарів до поверхні матеріалу і з неї випаровується в навколишнє середовище "повітря або інший сушильний агент".
При тривалому перебуванні матеріалу в повітрі з постійними параметрами з вологістю, достатньої для того, щоб процеси сорбції цілком закінчилися, у матеріалі встановлюється така вологість, при якій тиск водяної пари над
Аркуш
матеріалом знаходиться в рівновазі з парціальним тиском водяної пари в навколишнім повітрі; така вологість матеріалу називається рівноважною вологістю . Рівноважна вологість матеріалу є функцією відносної вологості і температури повітря.
Тиск водяної пари над матеріалом є функцією його рівноважної вологості і крива, що зображує цю функцію при даній постійній температурі, називається ізотермою сорбції.
Рівноважна вологість, що відповідає або , називається гігроскопічною вологістю ; вона є границею між зв'язаною вологою і вільної. При вологості матеріалу, більшої гігроскопічної, тобто при наявності вільної вологи, тиск водяної пари над матеріалом дорівнює тискові над чистою водою і не залежить ні від вологості ( більшої, ніж ), ні від характеру матеріалу.
Якщо при постійній температурі повітря і відносної вологості його вести сушіння матеріалу, з якого необхідно видаляти не тільки вільну, але частково і зв'язану вологу, то залежність убутку вологи від часу може бути зображена графіком.
При видаленні вільної вологи швидкість сушіння спочатку постійна, потім настає її зменшення. Крапка переходу від постійної швидкості сушіння до падаючій називається критичною; вона відповідає початковому видаленні з матеріалу зв'язаної, або гігроскопічної вологи. Відповідна цій крапці вологість називається критичною вологістю матеріалу .
Критична вологість більше гігроскопічної, тому що при сушінні матеріалу вологість внутрішніх шарів більше, ніж на його поверхні. Значення критичної вологості тим менше відрізняється від значення гігроскопічної вологості, чим менше різниця у вологості на поверхні й усередині матеріалу. Тому критична вологість залежить від товщини матеріалу і режиму сушіння.
Теоретично рівноважна вологість може бути досягнута лише при нескінченно великій тривалості сушіння; вологість, близька до рівноважного, досягається після закінчення деякого проміжку часу.
Якщо матеріал, висушений у сушарці до низької рівноважної вологості, помістити в умови з меншою температурою і більшої відносної вологості повітря, то в силу своїх гігроскопічних властивостей він може вибрати в себе вологу до більш високої рівноважної вологості, що відповідає цим новим умовам.
Найбільша швидкість сушіння буде в перший період-період постійної швидкості випару. При рівноважній вологості кут і швидкість сушіння дорівнюють нулю.
Аркуш
1.3 Варіанти конвективного сушіння матеріалу
1.3.1 Сушіння матеріалів гарячим повітрям
Сушарки з рециркуляцією.
Велике застосування на практиці мають сушіння, що працює з рециркуляцією сушильного агента, тобто з частковим поверненням повітря, що відробило, у сушарку для його повторного використання.
Сушарка з проміжним підігрівом і рециркуляцією повітря
Рециркуляція повітря здійснюється за допомогою осьових вентиляторів, установлених на загальному валові, що приводиться в рух електродвигуном. Ці вентилятори багаторазово проганяють повітря через штабель сушимого матеріалу, викидає деяку частину цього повітря в наступний штабель і в замін його відсмоктують така ж кількість повітря з попередньої ступіні.
1.3.2 Сушіння матеріалів топковими газами
Сушарки, що працюють на суміші димових газів з повітрям, одержали в даний час велике поширення.
Сушарки з однократним використанням топкових газів.
Вони застосовуються в більшості тих випадків, коли сушіння матеріалів виробляється при високих температурах.
Сушарки з рециркуляцією топкових газів
Якщо топкові гази використовуються для сушіння матеріалів при низьких температурах, але з високою вологістю, наприклад у лісосушках, де температура суміші не перевищує 80-90 С, а вологість може доходити при цих температурах до 70 , то застосовують їхню рециркуляцію.
1.4 Основні типи і конструкції сушарок
1.4.1 Конвективні атмосферні сушарки
У конвективних сушарках, що мають найбільше поширення в промисловості сушильним агентом є нагріте повітря або суміш його з димовими або топковими газами.
Камерні сушарки
Основним елементом камерної конвективної сушарки є прямокутна камера, усередині якої міститься висушуємий матеріал, що залишається нерухомим протягом усього процесу сушіння. Завантаження і вивантаження матеріалу виробляється з однієї сторони сушарки. Камерні сушарки є сушарками періодичної дії і застосовуються при малих кількостях сушимого матеріалу. У них роблять сушіння деревини, керамічних і силікатних виробів, різних сипучих і волокнистих матеріалів і т.п.
|
На уровень вверх
Купить