Сушилки. Сушка как тепловой и массообменный процесс. Выполнила: студентка 591 группы Ведерникова И. И.
План: 1. Сушка. Определение 2. Статика сушки 3. Кинетика сушки 4. Классификация сушилок 5. Конвективные сушилки. 6. Контактные сушилки 7. Специальные способы сушки 8. Список литературы.
Сушка - удаление жидкости (чаще всего влаги - воды, реже иных жидкостей, например летучих органических растворителей) из веществ и материалов тепловыми способами. Осуществляется путем испарения жидкости и отвода образовавшихся паров при подводе к высушиваемому материалу теплоты, чаще всего с помощью так называемых сушильных агентов (нагретый воздух, топочные газы и их смеси с воздухом, инертные газы, перегретый пар).
Статика сушки Под cтатикой сушки обычно понимают, состояние термодинамического равновесия в системе влажное тело-газ. Исследования указанного, равновесия важны для определения форм связи влаги с материалом и его внутренней структуры, а также движущей силы сушки.
Формы связи влаги с материалом в значительной степени определяют механизм и скорость сушки: чем эта связь прочнее, тем труднее протекает процесс. При сушке связь влаги с материалом нарушается. Различают следующие формы связи (в порядке убывания ее энергии): физико-химическую, механическую. Физико-химическая связь объединяет адсорбционную и осмотическую влагу (например, в коллоидных и полимерных материалах). Адсорбционно связанная влага прочно удерживается силами межмолекулярного взаимодействия на поверхности пор материала в виде монослоя или несколько слоев. Осмотически связанная влага находится внутри и между клеток материала и менее прочно удерживается осмотическими силами. Влага этих видов связи с трудом удаляется при сушке.
Химически связанная влага (гидратная, или кристаллизационная, влага комплексных соединений) соединена с материалом наиболее прочно и при сушке обычно удаляется частично или вообще не удаляется. Механическая, или капиллярно связанная, влага подразделяется на влагу макрокапилляров (радиус более 10 -7 мм) и микрокапилляров (менее 10 -7 мм). Влага макрокапилляров наименее прочно связана с материалом и может быть удалена не только при сушке, но и механически.
Под кинетикой процесса сушки обычно понимают изменение влагосодержания и температуры воздуха с течением времени. Закономерности кинетики позволяют определить количество влаги W, испаряемой с единицы поверхности F высушиваемого материала за единицу времени t и продолжительность периодического процесса сушки. Таким образом, скорость сушки представляет собой отношение: U=W/Ft где U — скорость сушки, кг/м 2 -с. Скорость массообменного процесса высыхания материала можно представить уравнением массопередачи U = k. F(Pм-Pп), где k — коэффициент массопередачи; — Pм-Pп разность давления паров влаги у поверхности материала Рм и парциального давления паров в воздухе Рп, движущая сила процесса сушки, Н/м 2.
Промышленные сушилки В соответствии с многообразием высушиваемых материалов, их свойств и условий обработки конструкции сушилок также очень разнообразны и отличаются: по способу подвода теплоты (конвективные, контактные, специальные); по виду сушильного агента (воздушные, газовые, паровые); по давлению в сушильной камере (атмосферные, вакуумные); по способу организации процесса (периодич. или непрерывного действия); по взаимному направлению движения высушиваемого материала и сушильного агента (в конвективных аппаратах-прямоток, противоток, перекрестный ток); по состоянию слоя влажного материала в аппарате (с неподвижным, движущимся или взвешенным слоем).
Конвективные сушилки: Туннельные сушилки - камерные сушилки непрерывного действия. Представляют собой длинные (типа коридора) камеры, внутри которых по рельсам перемещаются тележки (вагонетки) с лежащим на лотках или противнях высушиваемым материалом. Нагретый воздух обтекает лотки прямо- или противотоком; возможна рециркуляция воздуха. 1 -камера; 2 -вагонетки; 3 -вентиляторы; 4 -калориферы
Ленточные сушилки обычно выполняют в виде многоярусного ленточного транспортера, по которому в камере, действующей при атмосферном давлении, непрерывно перемещается материал, постепенно пересыпаясь с верхней ленты на нижележащие (скорость каждой ленты 0, 1 -1 м/мин). Сушильный агент может двигаться со скоростью не более 1, 5 м/с прямо- или противотоком, а также сквозь слой материала при наличии перфорированной ленты. Эти сушилки компактнее, чем камерные и туннельные, и отличаются большей интенсивностью сушки, однако также сложны в обслуживании из-за необходимости ручного труда, перекосов и растяжений лент. Непригодны для сушки тонкодисперсных пылящих материалов.
Ленточная сушилка: 1 -камера; 2, 6 -загрузочный и разгрузочный бункеры; 3 - ленточный транспортер; 4 калорифер; 5 - вентилятор.
Для обезвоживания пастообразных материалов иногда служат непрерывно действующие при атмосферном давлении петлевые сушилки - разновидность ленточных сушилок. Влажный материал с помощью питателя подается на бесконечную сетчатую ленту, вдавливается в ее ячейки, проходя через обогреваемые паром валки, после чего поступает в сушильную камеру, где движущаяся сетка образует ряд петель. Посредством автоматического ударного устройства высушенный материал сбрасывается в разгрузочный шнек. Горячий сушильный агент движется поперек ленты. Такие сушилки обеспечивают большую скорость сушки по сравнению с камерными сушилками, но конструктивно сложны и требуют значительных эксплуатационных расходов.
Петлевая сушилка: 1 -питатель; 2 -лента; 3 -валки; 4 автоматич. ударное устройство; 5 -разгрузочный шнек; 6 вентиляторы.
Барабанные сушилки распространены благодаря высокой производительности, простоте конструкции и возможности непрерывно сушить при атм. давлении мелкокусковые и сыпучие материалы. Такая сушилка представляет собой установленный с небольшим наклоном к горизонту (угол a до 4°) цилиндрич. барабан с бандажами. Последние при вращении барабана (с помощью зубчатого колеса от электропривода) с частотой 5 -6 мин: 1 катятся по опорным роликам; осевое смещение барабана предотвращается опорно-упорными роликами. Влажный материал через питатель поступает в барабан и равномерно распределяется по его сечению размещенными внутри насадками. Тесно соприкасаясь при пересыпании с сушильным агентомматериал высушивается и движется к разгрузочному отверстию в приемном бункере.
Барабанная сушилка: 1 -барабан; 2 -питатель; 3 -бандажи; 4 зубчатое колесо; 5 - вентилятор; 6 -циклон; 7 -приемный бункер; 8 -топка.
Воздушно-циркуляционная сушилка: Нагретый воздух в калорифере (1) подается вентилятором (2) в нижнюю часть камеры (3) сушилки и проходит в горизонтальном направлении между полками (4) с высушиваемым материалом. Воздух в камере движется зигзагообразно через три зоны, дважды меняя направление своего движения и дополнительно нагреваясь воздухонагревателями (5), (6). Насыщенный водяными парами отработанный воздух выводится через верхнюю часть камеры. С помощью шибера (7) (заслонки) часть теплого, влажного отработанного воздуха смешивается со свежим воздухом, полученная смесь нагревается и подается в сушилку.
Сушилки со взвешенным слоем характеризуются высокими относительными скоростями движения фаз и развитой поверхностью контакта. Пневматические сушилки представляют собой одну или несколько последовательно соединенных вертикальных труб длиной 15 -20 м. В них через питатель подается влажный материал и вентилятором снизу нагнетается воздух, нагретый в калорифере. Материал увлекается потоком воздуха, движущимся со скоростью 15 -25 м/с. В циклоне сухой материал отделяется от воздуха и удаляется через разгрузочное устройство; воздух через фильтр выводится в атмосферу. Для активизации режима сушки в трубы-сушилки вставляют турбулизаторы (расширители, отклоняющие пластины, завихрители и т. п. ). Вследствие кратковременности контакта (15 с) такие сушилки пригодны для обработки термически нестойких материалов даже при высокой температуре сушильного агента; их отличают также компактность, простота конструкции, но одновременно повышенные расходы электроэнергии и теплоты (до 8, 4 к. Дж/кг влаги).
Пневматическая сушилка: 1 -бункер; 2 -питатель; 3 -труба; 4 -вентилятор; 5 -калорифер; 6 -сборник-амортизатор; 7 -циклон; 8 -разгрузочное устройство; 9 - фильтр.
Сушилки с кипящим слоем бывают постоянного, расширяющегося, прямоугольного, а также круглого сечения (в последних меньше вероятность образования застойных зон). Работа таких аппаратов существенно зависит от конструкции газораспределительных решеток, по которым перемещается материал и которые могут быть плоскими, выгнутыми, выпуклыми, с отверстиями различной конфигурации; через них снизу продувается предварительно нагретый сушильный агент Используют одно- и многосекционные сушилки. В односекционных аппаратах, применяемых часто для удаления поверхностной влаги, вследствие близости по гидродинамике к аппаратам идеального смешения наблюдается значительный разброс времен пребывания частиц материала, что приводит к неравномерности сушки; многосекционные сушилки обеспечивают большую равномерность высушивания материала.
Сушилки с кипящим слоем: а, б-односекционные соотв. с ненаправленным и направленным движением материалов (в первом случае - термостойких, во втором-трудно высыхающих, для которых необходима высокая равномерность сушки); в, г - многосекционные соотв. с расположением секций одна над другой и разделением их перегородками (для термочувствительных материалов, свойства которых сильно изменяются при сушке); пунктирные линии – газораспределительные решетки.
Сушка в кипящем (псевдоожиженном) слое высушиваемого материала нашла исключительно широкое применение в фармацевтическом производстве (получение гранулята, микрокапсулирование лекарственных веществ и др. ). Сушилки сравнительно просты по устройству, отличаются интенсивным тепло- и массообменом между твердой и газовой фазами, в результате чего сушка протекает быстро (15— 20 мин) при интенсивном перемешивании материала в объеме кипящего слоя. Сушилки пригодны для крупнокристаллических веществ и твердых частиц малых размеров (тонноизмельченных), т. е. с большой удельной поверхностью. Процесс может осуществляться в аппаратах периодического и непрерывного действия. .
Влажный материал шнеком (2) из бункера (3) подается в сушильную камеру (1) на газораспределительную решетку (4). Камера имеет конический, слегка расширяющийся кверху, корпус. Воздух подается в сушильную камеру снизу вентилятором (5) через калорифер (6) под газораспределительную решетку и приводит материал в состояние псевдоожижения. Высушенный материал через переливной порог собирается в сборник (7). Отработанный воздух через циклон (8) и рукавный фильтр (10) выбрасывается в атмосферу. Твердые частицы, уносимые потоком влажного воздуха, отделяются в циклоне и рукавном фильтре и в виде пыли собираются в сборниках (9).
энергосберегающий аппарат с псевдоожиженным слоем ,
Распылительные сушилки имеют цилиндрические или цилиндро-конические камеры. В них вязкие жидкие и текучие пастообразные материалы распыляются в поток горячего сушильного агента механическими и пневматическими форсунками, а также вращающимися с окружной скоростью 100 -200 м/с центробежными дисками. При сушке в распыленном состоянии материала, движущегося прямо- или противотоком, а также смешанным током с нагретым сушильным агентом, благодаря большой удельной поверхности испарения влаги процесс завершается в течение 15 -30 с. Производительность сушилок по испаренной влаге 10 -20000 кг/ч. Недостатки: громоздкость из-за относительно низкого напряжения рабочего объема сушильной камеры по влаге конструктивно сложные и дорогие в эксплуатации распыли-вающие и пылеулавливающие устройства.
Сушилки с форсуночным (а, б) и дисковым (в, г) распылением материалов: I – центральный закрученный подвод сушильного агента (прямоточный аппарат); II-равномерное распределение газов по сечению через решетку; III-равномерная подача газов над факелом распыла по в сему сечению камеры; IV-сосредоточенная п подача газов под корень факела распыла.
Распылительная сушилка предназначена для быстрого выпаривания и сушки растворов и вытяжек, содержащих термолабильные биологически активные вещества (сухие растительные экстракты, препараты из животного сырья и др. Достоинство распылительных сушилок состоит в том, что сушка осуществляется быстро, при низкой температуре (не выше 40— 60 °С за счет интенсивного процесса испарения и кратковременного контакта с горячим воздухом), материал не требует дальнейшего измельчения и обладает хорошей растворимостью.
Распылительная сушилка непрерывного действия. Высушиваемый материал (жидкость) из сборника (1) посредством вращающегося диска или механической форсунки (2) распыляется в сушильной камере (3). Воздух, пройдя калорифер (4), вентилятором (5) подается в сушильную камеру через щели воздуховода ниже вращающегося диска или форсунки. Мельчайшие капли жидкости, омываемые со всех сторон горячим воздухом (температура 150— 200 °С), в течение долей секунды теряют влагу и осаждаются в виде тонких порошкообразных частиц на дне камеры. Сухой порошок удаляется из сушильной камеры с помощью скребков и щеток (7), отводится к шнеку (8) и далее попадает в сборник готового продукта (9). Отработанный воздух с большим количеством высушенного материала в виде пыли поступает в систему рукавных фильтров (6), очищается и удаляется в атмосферу. Тканевые рукавные фильтры периодически отряхивают порошок на шнек с помощью молоточков.
Распылительная установка с полузамкнутым циклом
Распылители среди которых и крупнейший в мире роторный распы) литель, охватывают диапазон расхо) дов сырья до 200 т/час
Сушилки фирмы ДОРНЬЕ
Контактные сушилки. Теплота, требуемая для сушки, передается теплопроводностью от нагретой поверхности, с которой соприкасается высушиваемый материал. Такие сушилки работают под вакуумом или атм. давлением. Применение вакуумных сушилок, несмотря на их более высокую стоимость и сложность по сравнению с атм. сушилками, позволяет обрабатывать чувствительные к высоким температурам, а также токсичные и взрывоопасные вещества, получать продукты повышенной чистоты, улавливать пары неводных растворителей, удаляемых из материалов.
Вакуум-сушильные шкафы – простейшие контактные сушилки периодического действия. Такая сушилка представляет собой цилиндрическую камеру, в которой размещены полые плиты, обогреваемые водяным паром или горячей водой. Материал слоем толщиной до 60 мм находится на противнях, установленных на плитах; напряжение их рабочей поверхности обычно не превышает 0, 5 -3, 5 кг/(м 2 • ч) влаги. Во время работы камера герметически закрыта и соединена с вакуум-конденсационной системой и вакуумнасосом. Эти сушилки имеют небольшую производительность и малоэффективны, поскольку сушка в них происходит в неподвижном слое при наличии плохо проводящих теплоту воздушных прослоек между противнями и плитами; материал загружается и выгружается вручную. Однако шкафы универсальны, так как обеспечивают возможность сушки разных материалов (в том числе легко окисляющихся и выделяющих ценные пары) при оптимальных условиях.
Вакуум-сушильный шкаф: 1 -ка мера; 2 -полые плиты.
Гребковые вакуум-сушилки представляют собой горизонтальные периодически действующие аппараты с цилиндрическим корпусом, снабженным паровой рубашкой. Дисперсный материал заполняющий 20 -30% объема аппарата, хорошо перемешивается гребками, закрепленными на валу мешалки, имеющей реверсивный привод, который автоматически изменяет направление ее вращения с частотой 6 -10 мин Между гребками свободно перекатываются трубы-скалки, способствующие разрушению комков и дополнит. перемешиванию материала. Последний можно нагревать также через вал мешалки, если он выполнен полым. Разгрузка и выгрузка материала механизированы.
Гребковая вакуум-сушилка: 1 -корпус; 2 -рубашка; 3 -вал с гребками; 4 -трубы-скалки.
Вальцовые сушилки предназначены для непрерывной атмосферной или вакуумной сушки вязких, жидких и пастообразных материалов Осн. элементы-обогреваемые водяным паром полые вальцы, вращающиеся с частотой 1 -13 мин; сушилки могут быть одно- и двухвальцовые. Материал смачивает поверхность вальцов и высушивается в тонком слое; толщина сухой пленки, снимаемой спец. ножами, составляет 0, 1 -1, 0 мм.
Вальцовые вакуум-сушилки: а-одновальцовая; б-двухвальцовая; 1 корпус; 2 -полый барабан (валец); 3 -корыто; 4 -распределит. валик; 5 нож; 6 -шнек; 7 -приемный колпак; 8 -сборник; 9 -вальцы; 10 -наклонная стенка,
Специальные (радиационные) сушилки. В использующих ИК излучение (l = 0, 77 -344 мкм) терморадиационных, или просто радиационных, сушилках достигается высокая скорость сушки благодаря подводу к влажному материалу большого количества теплоты. Ее генераторами служат устанавливаемые над поверхностью высушиваемого материала (обычно перемещаемого транспортером) специальные электрические лампы с зеркальными отражателями либо керамические и металлические экраны, обогреваемые горячими газами. Эти сушилки компактны и эффективны.
Устройство радиационной сушилки
схема ламповой радиационной сушилки. Над поверхностью высушиваемого материала, например влажного гранулята, перемещаемого транспортером (1), устанавливают осветительные лампы с отражателями (2), направляющими интенсивный поток лучей на поверхность материала. Тепловое действие инфракрасных лучей вызывает быстрое испарение влаги из поверхностного слоя материала. Достоинство радиационных сушилок состоит в том, что они компактны по устройству, характеризуются незначительными потерями тепла в окружающую среду, быстро удаляют влагу из тонких слоев материала. Однако этот способ сушки имеет недостатки — неравномерность нагрева высушиваемого материала, высокий расход энергии. Радиационную сушку перспективно применять при комбинированных способах сушки — радиационная-конвективная или радиационная с токами высокой частоты
Сушка токами высокой частоты: Сушка токами высокой частоты применяется для различных диэлектриков (смолы, пластмассы, древесины) , молекулы которых под действием электрического поляризуются. Скорость поляризации молекул зависит от того, как часто электрическое поле меняет свое направление на прямо противоположное. Поляризация молекул сопровождается трением между ними, на что затрачивается часть электрической энергии поля, которая превращается в тепло. Вследствие выделения тепла высушиваемый материал быстро нагревается. Скорость сушки повышается за счет перемещения влаги из глубины материала к его поверхности, так как температура на поверхности материала ниже, чем внутри. Сушка проходит равномерно и быстро по всей толщине высушиваемого материала, но требует больших затрат энергии.
Сушка возгонкой (сублимация) осуществляется из замороженного материала, т. е. непосредственно из твердой фазы в паровую (газообразную), минуя жидкое состояние. Особенно активно сублимация протекает при глубоком вакууме, благодаря значительным разностям температур между высушиваемым материалом и источником тепла. Сублимационная сушка широко используется для обезвоживания многих медицинских препаратов, чувствительных к повышенным температурам (антибиотики, ферменты, гормоны, витамины, препараты крови, противоопухолевые, органопрепараты и др. ). Низкая температура при сушке не вызывает денатурации белков, позволяет максимально сохранить исходные качества и свойства продукта (цвет, запах, растворимость), они могут храниться длительное время.
Принципиальная схема сублимационной сушки с компрессионной холодильной установкой, показана на рис. 6. 11. Камера (1) сушилки сообщается с конденсатором (2), к которому присоединен вакуумный насос (3) и холодильная установка (4) с насосом (5) для циркуляции охлаждающего рассола. Для непрерывного удаления из конденсатора образующегося в нем льда обычно устанавливают два конденсатора, которые работают (размораживаясь) попеременно.
Список литературы. 1. Касаткина А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М. : Химия, 1971. С. 115, 133, 258 -273. 2. Плановский А. Н. , Рамм В. М. , Каган. , С. З Процессы и аппараты химической технологии. М. : Госхимиздат, 1962 С. 346 -362. 3. Стабников В. Н. , Попов В. Д. Процессы и аппараты пищевых производст. М. : Пищ пром-ть, 1976. С. 120 -139. 4. Учебник в 2 -х томах. Том 2/Р. В. Бобылев, Г. П. Грядунова, Л. А. Иванова и др. , Под ред. Л. А. Ивановой. - М. : Медицина, 1991. - 544 с: ил. - (Учеб. лит. Для студ. фарм. ин-тов) 5. Штербачек З. , Тауск П. Перемешивание в химической промышленности. Пер. с чеш. Л. : Госхимиздат. 1963, 416 с.
Скачать презентацию Сушилки Сушка как тепловой и массообменный процесс Выполнила
технология Ведерникова.pptx