Сушка
Су'шка , высушивание, удаление жидкости (обычно влаги) из твёрдых, жидких и газообразных тел. При С. удаляется, как правило, влага, связанная с материалом физико-химически (адсорбционно и осмотически) и механически (влага макро и микрокапилляров); химически связанная влага не может быть удалена путём С. Цель С. — сохранение физико-химических свойств материалов, обеспечение во многих случаях сохранности материалов на продолжит. период, а также исключение перевозки балласта. В технике наиболее распространена С. влажных твёрдых материалов при их подготовке к переработке, использованию или хранению. С. этих материалов — процесс, сопровождающийся тепло и массообменом между сушильным агентом (воздух, топочные газы и др.) и влагой высушиваемого материала. Давление паров жидкости на поверхности твёрдого материала с повышением температуры возрастает и пары диффундируют в поток сушильного агента. Возникающий при этом градиент концентрации влаги в материале заставляет её перемещаться из глубинных слоев к поверхности со скоростью, зависящей от характера связи влаги с материалом. При естественной С. в отсутствие принудительного движения сушильного агента (свободное испарение) процесс идёт медленно; он ускоряется при обтекании высушиваемого материала потоком подогретого сушильного агента, то есть при искусственной С. Ниже рассматривается С. только искусственная с применением различного типа сушилок.
Выбор условий С. (температура, давление, скорость движения сушильного агента и др.) зависит от физико-химических свойств высушиваемого материала: склонности к сокращению в объёме (дерево), образованию плотной корки на поверхности (некоторые соли), повышению хрупкости, термостойкости (бумага) и др.
По способу подвода тепла сушилки бывают: конвективные (высушиваемый материал омывается потоком предварительно нагретого сушильного агента); контактные (непосредственный контакт высушиваемого материала с нагреваемой поверхностью); сублимационные (удаление влаги в замороженном состоянии под вакуумом); высокочастотные (удаление влаги под воздействием электрического поля высокой частоты); радиационные (высушивание под действием инфракрасного излучения).
Широкое промышленное применение получили конвективные сушилки различных конструкций (камерные, барабанные, пневматические, с кипящим слоем, распылительные и пр.). В основном варианте конвективной сушилки (рис. 1 , а) сушильный агент, предварительно нагретый в калорифере до максимально допустимой температуры, движется в сушилке, непосредственно соприкасаясь с высушиваемым материалом (пищевыми продуктами, медицинскими препаратами, химическими соединениями и др.). 0тличительная особенность этого варианта — однократный нагрев и однократное использование сушильного агента.
При С. термически нестойких материалов (например, полиэтилена) сушильный агент только частично нагревается в основном калорифере и вводится в сушильную камеру при допустимой для высушиваемого материала температуре. Остальное необходимое для С. тепло агент получает в дополнительных калориферах, установленных в сушильной камере.
Для С. некоторых материалов (древесины, заформованных керамических изделий и пр.) часто применяются сушилки с возвратом (рециркуляцией) части отработанного воздуха (рис. 1 , б). Этим достигается уменьшение перепадов температуры и влагосодержания воздуха на входе и выходе из сушилки и более равномерная сушка. Для С. огне и взрывоопасных материалов или при удалении из высушиваемого материала ценных продуктов (спирты, эфиры и пр.) применяются сушилки с замкнутой циркуляцией потока инертных газов или воздуха. В зависимости от назначения используются сушилки различных конструкций.
Барабанные — для С. мелкокусковых и сыпучих материалов (азотные удобрения, серный колчедан, хлорид калия, а также зерно, см. Зерновая сушилка ) (рис. 2 ) — представляют собой цилиндр с внутренней насадкой для пересыпания и перемешивания материала с целью улучшения его контакта с сушильным агентом. Барабан устанавливается либо горизонтально, опираясь бандажами на опорные ролики, либо с небольшим наклоном (0,5—3°). Диаметр барабана может иметь 3500 мм, а длина его равна 3,5—7 диаметрам. Барабан медленно вращается (0,5—8 об/мин ).
Пневматические — для С. зернистых материалов (угля, адипиновой кислоты и др.) потоком горячего сушильного агента (рис. 3 ) — представляют собой одну или несколько последовательно соединённых вертикальных труб. Высушиваемый материал перемещается по этим трубам потоком сушильного агента, скорость которого превышает скорость витания наиболее крупных кусков (обычно 10—40 м/сек ). Вследствие кратковременности контакта (1—5 сек ) эта сушилка пригодна для термически нестойких материалов даже при высокой температуре сушильного агента.
В сушилке с кипящим (псевдосжиженным) слоем достигается интенсивное перемешивание материала, ускоренный тепло и массообмен, благодаря чему сушильный агент можно использовать при повышенных температурах. Сочетая простоту устройства с высокой удельной производительностью и лёгкостью автоматизации, эти сушилки нашли широкое применение в химической промышленности, цветной металлургии (подробнее см. Кипящий слой и Кипящего слоя печь ).
Распылительные — для С. жидких веществ повышенной вязкости (молоко, кровь, альбумин и др.), распыляемых в поток горячего сушильного агента (рис. 5 ). Благодаря большой удельной поверхности распыленного материала процесс испарения влаги происходит интенсивно, время С. мало (15—30 сек ). При весьма быстрой С. температура поверхности частиц, даже при высокой температуре сушильного агента, близка к температуре адиабатического испарения чистой жидкости. Высушиваемый материал (в виде эмульсий, суспензий, растворов) распыляется механическими или пневматическими форсунками. Сушилки снабжаются аппаратами для улавливания уносимых частиц высушиваемого материала.
Ленточные — для сыпучих и волокнистых материалов (искусственные волокна и др. полимеров); высушиваемый материал движется по бесконечной ленте (или на нескольких последовательно расположенных лентах), натянутой между ведущим и ведомым барабанами (рис. 4 ). С. осуществляется горячим воздухом или топочными газами, движущимися вдоль лент или в перекрёстном токе.
Контактные (например, вальцовые) — для С. жидких и пастообразных материалов (ксантогенаты щелочных металлов и др.) под атмосферным давлением или вакуумом. Используются одно- или двухвальцовые сушилки; основной частью этих сушилок являются медленно вращающиеся (2—10 об/мин ) вальцы, в которые через полую цапфу поступает греющий пар и от них отводится конденсат. Высушиваемый материал поступает на вальцы, налипает на их поверхности тонким слоем (1— 2 мм ), высушивается и срезается ножом. На рис. 6 показаны одновальцовая и двухвальцовая вакуум-сушилки.