Глава 4. Распылительные сушильные установки для продуктов с термопластичными и гигроскопичными св-ми

Проведенный комплекс исследований закономерностей адгезионных взаимодействий и кинетики сушки единичных капель растворов показал необходимость создания распылительной сушильной камеры с тепловы­ми и аэродинамическими условиями, соответствуицими оптимальным па­раметрам процесса сушки.

Принципиальная технологическая схема установки для получения порошкообразных материалов с повышенными адгезионными свойствами включает доведение исходного раствора до требуемой температуры и концентрации, распыление с помощью дискового устройства, сушку в потоке нагретого воздуха, отделение сухого порошка, охлаждение и выгрузку с использованием пневмотранспорта (рис. I).

Исследование основных кинетических закономерностей обезвожи­вания капель растворов смол, которые являются типичными объекта­ми сушки распылением материалов с низкой температурой размягче­ния, показали следующие особенности этого процесса.

Анализ первичных кинетических характеристик показал, что в су­шильной стадии обезвоживания, когда Т_к > Т_р , при Т_r >> 120^oc (где  T_к , Т_р , Т_r - температура соответственно капли, раствора, газа), раствор под образовавшейся пленкой может претерпевать термическое разложение, связанное с процессами поликонденсации и деструкции, и изменения формы и размера частиц при достижении каплей T_к~ T_кип , где Т_кип - температура кипения раствора. Высокая вязкость, обусло­вленная значительными по величине молекулами растворенного веще­ства, предполагает низкие значения коэффициентов диффузии влаги при начальных концентрациях твердого вещества в растворе C_o  >/= 50% . Это приводит к мгновенному образованию пленки вещества ^c плотной упаковкой молекул)при попадании капли в высокотемпературную воз­душную среду (160-200^oc). Интенсивность влагопереноса через обра­зующуюся пленку значительно уменьшается (в два и более раза), и время обезвоживания капли увеличивается. Это, в свою очередь, определяет такое термовлажностное состояние капли в процессе распы­лительной сушки, которое вместе с низкой температурой размягчения материала обусловливает повышенные адгезионные свойства и, как следствие, вызывает немалые отложения высушиваемого продукта на стенках камеры.

Исследования по кинетике взаимодействия высушиваемых капель с подложкой, имитирующей стенку распылительной камеры, при темпе­ратуре воздуха в камере экспериментального стенда 120-180^ос, что соответствует температуре теплоносителя на входе в распылительную сушилку, позволили определить значения критических влагосодержаний для различных размеров капель при максимальной и минимальной ее силе адгезии. Было установлено, что с повышением начальной кон­центрации раствора критическое влагосодержание капли, соответству­ющее минимальной силе адгезии, уменьшается. Поэтому при обезвожи­вании диспергированных растворов смол при C_o = 40-60% влага из капли до достижения равновесной влажности должна быть удалена в факеле распыла..

Процесс распылительной сушки материалов с низкой температурой размягчения после достижения частицами равновесной влажности дол­жен предусматривать их охлаждение и отверждение.

Данные научных исследований по получению порошкообразных смол легли в основу разработки новой распылительной сушильной установ­ки, имеющей достаточно широкий диапазон регулирования режима тех­нологического процесса, производительность 200 кг/ч по испаренной влаге, камеру диаметром 5 м.

Установка предназначена для получения порошкообразных матери­алов, обладающих повышенными адгезионными свойствами и имеющих низкую температуру размягчения. Установка представляет собой, по сути, технологическую линию для производства порошков, а первую оче­редь из растворов полимеров, синтетических смол, клеев различного назначения. Она может быть использована также для сушки продуктов  микробиологического синтеза: кормовых антибиотиков, белково-витаминных концентратов, ферментов и некоторых пищевых продуктов, на­пример, яичного меланжа, быстрорастворимого чая, фруктовых соков.

Конструктивные особенности отдельных узлов этой установки, от­личающие ее от серийно выпускаемых, состоят в следующем.

Система газораспределения  выполнена  так, что воздух, поступающий  в сушильную камеру ,направлен не в корень факела распыла, а на некотором расстоянии от распылительного диска. Для этого пре­дусмотрена возможность регулировки направления газового потока с помощью направляющих лопаток, а распылительный диск несколько опу­щен относительно потолка сушильной камеры [I].

Для очистки внутренних стенок камеры от налипания высушивае­мого продукта в установке предусмотрено устройство, называемое "воздушной метлой". Оно представляет собой трубу-коллектор с от­верстиями, через которые поступающий воздух сдувает частицы про­дукта, осевшие на внутренних стенках камеры. С помощью электро­двигателя труба-коллектор приводится во вращение с постоянной ско­ростью 3-5 об/мин. Таким образом, обеспечивается периодическая очистка цилиндрической и конической поверхностей камеры, а также потолочной части.

В качестве меры, направленной на уменьшение отложений продук­та, введено дополнительное охлаждение участков, наиболее интенсив­но нагреваемых в процессе работы установки, подверженных интен­сивному оседанию порошка. С этой целью потолок камеры выполнен с двойными стенками, между ними циркулирует воздух, взятый из поме­щения. Устье входного отверстия теплоносителя, на котором часто осаждается высушиваемый порошок, также имеет охлаждающую рубашку, но охлаждение его может производиться проточной водой. На конической части корпуса камеры также предусмотрена рубашка для воздуш­ного охлаждения.

В комплект установки входит  теплогенератор, разработанный в ИТТФ АН УССР, обеспечивающий подачу в распылительную камеру нагре­того до 160-250°С чистого воздуха, система мокрой очистки отрабо­танного теплоносителя (также разработка ИТТФ АН УССР). Конструкция этой сушильной установки позволяет: обеспечить высокую однородность потока теплоносителя и соответствующее взаимодействие его с каплями диспергированного труд­но сохнущего материала;

производить пневмоочистку внутренних стенок камеры с помощью трехсекционного воздуховода с заходом на потолочную часть;

термостатировать внутренние стенки для уменьшения адгезионных отложений материала.