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.