Глава 03. Статика процесса сушки

Характеристика конвективной сушки

Сушка — это процесс удаления из материалов влаги, обеспечи­ваемый ее испарением и отводом образовавшихся паров. Ап­параты, в которых осуществляют сушку, называют сушилками. По способу сообщения тепла различают конвективные, контакт­ные, терморадиационные, сублимационные и высокочастотные сушилки. Дисперсные материалы, к которым относятся зерни­стые, порошкообразные, гранулированные, дробленые твердые, а также диспергированные жидкие и пастообразные продукты, в химической технологии высушивают, главным образом, кон­вективным способом.

В конвективных сушилках тепло для процесса несет газооб­разный сушильный агент (нагретый воздух, топочные газы или смесь их с воздухом), непосредственно соприкасающийся с по­верхностью материала. Пары влаги уносятся тем же сушиль­ным агентом. В сушилках многих типов со взвешенным слоем высушиваемого материала сушильный агент служит не только тепло- и влагоносителем, но и транспортирующей средой для дисперсного материала.

Если соприкосновение высушиваемого материала с кислоро­дом воздуха недопустимо или если пары удаляемой влаги взрыво- или огнеопасны, сушильным агентом служат инертные к высушиваемому материалу газы: азот, диоксид углерода, ге­лий и другие инертные газы или перегретый водяной пар.

В простейшем виде процесс сушки осуществляется таким образом, что сушильный агент, нагретый до предельно допусти­мой для высушиваемого материала температуры, используется в сушильном аппарате однократно. Этот процесс называется основным. Снижение температуры термолабильных материалов обеспечивается созданием дополнительной поверхности нагрева внутри сушильной камеры или нагреванием воздуха по ходу процесса за счет тепла, полностью вносимого в сушильную ка­меру.

Для сушки материалов, требующих повышенной влажности сушильного агента и невысоких температур, применяют устрой­ства, обеспечивающие рециркуляцию (возврат) части отрабо­танного воздуха в сушилку, а также сушилки с промежуточным подогревом воздуха между отдельными ступенями (или зона­ми) и одновременной рециркуляцией его. При сушке трудносох- нущего материала или для улучшения его сыпучести применя­ют рециркуляцию части высушенного продукта, т. е. возврат его на вход сушилки и смешение с исходным материалом.

Когда удаляемая из материала жидкость является ценный продуктом (спирты, эфиры, углеводороды и другие растворите­ли), а также при сушке огне- и взрывоопасных материалов при­меняют схемы с полностью замкнутым циклом инертных газов, включающие дополнительно устройства для конденсации и уда­ления из системы испаряющейся влаги и одновременного осуше­ния циркулирующих в системе газов.

Перечисленные схемы являются вариантами основного про­цесса и находят широкое применение во многих производствах химической промышленности.

Механизм процесса конвективной сушки можно представить следующим образом. При введении влажного тела в нагретый газ происходит перенос тепла к поверхности материала, обуслов­ленный разностью температур между ними, нагрев его и испаре­ние влаги. При этом повышается парциальное давление вблизи поверхности тела, что и приводит к переносу паров влаги в окружающую среду. В результате испарения влаги с поверхно­сти и отвода образовавшихся паров возникает градиент кон­центрации влаги в материале, являющийся движущей силой внутреннего перемещения ее из глубинных слоев к поверхности испарения. При перемещении происходит нарушение связи вла­ги с веществом твердого тела, что требует дополнительных за­трат энергии сверх той, которая необходима для парообразова­ния. Поэтому скорость процесса зависит от характера или фор­мы связи влаги с сухим веществом материала.

Рассмотрим способы выражения влажности высушиваемого материала. Массу влажного материала GM можно представить в виде суммы массы сухого вещества G_T и связанной с ним массы влаги W

В процессе сушки изменяется второе слагаемое правой час­ти соотношения (1-1), первое слагаемое остается неизменным. Поэтому влажность высушиваемого материала удобно выра­жать влагосодержанием, т. е. отношением количества влаги W, содержащейся в материале, к массе абсолютно сухой его части G_T (кг/кг)

Иногда влагосодержание выражают в процентах и называ­ют абсолютной влажностью и. Очевидно, что