Глава 34. Сушка сыпучих материалов

В отличие от сушки пастообразных и жидких материалов усло­вия сушки сыпучих материалов в большинстве случаев мало влияют на технологические или потребительские свойства высу­шенных продуктов. Кроме того, как видно из табл. 6-1, для них имеется больше возможностей при выборе типа сушильного ап­парата. Поэтому при разработке технологии сушки сыпучих ма­териалов ориентируются в первую очередь на возможность мак­симальной интенсификации процесса сушки.

Этот вопрос следует рассмотреть более подробно тем более, что к интенсивным сушилкам могут относиться аппараты с рез­ко различающимися гидродинамическими режимами работы и величиной движущей силы процесса сушки, например, сушилки кипящего слоя и пневматические сушилки некоторых типов.

Действительно, если ориентироваться только на движущую силу процесса сушки, то пневматические сушилки с идеальным вытеснением дисперсной и газовой фаз кажутся предпочтитель­нее сушилок с идеальным перемешиванием, так как обеспечива­ют максимальную движущую силу и возможность повышения начальной температуры и, следовательно, уменьшения требуе­мого расхода воздуха. Однако, если обратиться к концентрации дисперсной фазы, то оказывается, что этот член пропорции (6-4) может вносить совершенно разный вклад в величину объема рабочей зоны аппарата в зависимости от способа сушки. Так, в пневмосушилках при сушке полимерных материалов концент­рация в зависимости от свойств материала и режима сушки на­ходится в пределах Ю^-5—10^_3 м³/м³, в то время как сушилки кипящего и фонтанирующего слоя при обычных режимах псев­доожижения (порозность слоя е = 0,55—0,95) обеспечивают кон­центрацию от 0,05 до 0,45 м³/м³. Следовательно, сушилки кипя­щего слоя могут быть интенсивнее пневмосушилок более чем на 2—3 порядка.

Для сравнения представим себе, что мы уменьшили раз­мер частиц высушиваемого материала или увеличили относи­тельную скорость газа и материала на один порядок; как вид­но из пропорциональности (6-4) интенсивность сушки изменит­ся лишь враза. Вероятно, можно найти такие экстре­мальные условия, при которых совокупность факторов (диаметр частиц, относительная скорость фаз, движущая сила процесса, расход воздуха) будет превалировать над влиянием концентра­ции дисперсной фазы или способствовать увеличению ее в ра­бочей зоне пневмосушилки. Но даже и в этом случае достоин­ства сушшюк кипящего слоя несомненны, особенно при реали­зации термической разновидности процесса сушки с дополни­тельным подводом тепла в слой высушиваемого материала. 

Вопрос широкого применения способа сушки в кипящем слое связан в первую очередь со способностью дисперсного материа­ла качественно псевдоожижаться (без пузырей, каналообразо- вания, отложений на газораспределительной решетке, чрезмер­ного пылеуноса) или с условиями, необходимыми для каче­ственного псевдоожижения. В этом отношении представляло интерес оценить условия и пределы существования качественно­го псевдоожиженного слоя. Такая оценка дана нами [93] для аппарата кипящего слоя производительностью 10 т/ч при суш­ке модельного материала, плотность и форма частиц которого соответствуют суспензионному ПВХ, но дисперсность широко варьируется. Оценивали площадь газораспределительной решет­ки и гидравлическое сопротивление сушилки в зависимости от дисперсности материала, которую характеризовали средним размером частиц, и порозности слоя для материала со свобод­ной и связанной влагой.

Скорость псевдоожижения рассчитывали по универсальной формуле (4-108), а гидравлическое сопротивление слоя — по формуле (4-111).

Высоту слоя рассчитывали, исходя из площади решетки и объема слоя, обеспечивающего требуемое для сушки время пре­бывания частиц в сушилке. Причем для непористого материала решали задачу внешнего тепло- и массообмена; требуемый объ­ем определяли по формуле (6-2). Для случая пористого мате­риала продолжительность сушки находили из решения задачи тепло- и массопереноса. Результаты расчета представлены гра­фически на рис. 6-6 для разных степеней псевдоожижения при 

Кривые зависимости площади псевдоожиженного слоя от диаметра частиц в полулогарифмических координатах имеют гиперболическую форму. Верхние ветви гипербол соответствуют минимально допустимым размерам частиц; дальнейшее умень­шение размера частиц требует чрезмерного увеличения площади решетки, при сохранении же размеров площади неизбежен вы­нос частиц из слоя. Нижние (горизонтальные) ветви соответст­вуют размерам частиц, для которых требуемая площадь слоя минимальна и мало изменяется с увеличением диаметра частиц. Нижние ветви кривых отвечают оптимальной области размеров частиц, для которых требуется аппарат минимальных габа­ритов.