Глава 42.2 Сушка перегретым паром

Использование перегретого пара испаряемой жидкости в ка­честве агента сушки имеет преимущества по сравнению с исполь­зованием неконденсирующихся газовых теплоносителей. Водяной пар — инертный теплоноситесь, поэтому в нем безопасно сушить легко воспламеняющиеся и взрывоопасные вещества. Если мате­риал достаточно термостойкий, можно использовать пар с повы­шенными начальными температурами, не опасаясь загорания материала. Так как теплоемкость пара больше, чем воздуха, то при одинаковых скоростях потока агента сушки в аппарате в первом случае подводится большее количество тепла.

В случае использования перегретого водяного пара довольно просто решается вопрос улавливания выделяющихся паров орга­нических растворителей или токсичных газов. При сушке же воз­духом возникает проблема очистки отработанных газов, чтобы не загрязнять атмосферу вредными веществами. В процессе сушки образуются перегретые пары воды или органических жидкостей, тепло которых легко использовать, так как при их конденсации коэффициенты теплообмена велики, и теплоутилизатор получается несложным и недорогим. Начиная с температур водяного пара выше 200° С значительно интенсифицируются внешний и вну­тренний тепло- и массообмен. Поскольку в настоящее время ос­воены новые теплообменные аппараты с промежуточным твердым теплоносителем, для сушки можно использовать перегретый пар с температурами до 1000° С при атмосферном давлении.

Использование перегретых паров органических жидкостей в качестве агента сушки приобретает особо важное значение, так как возврат дорогостоящего растворителя в технологический цикл в этом случае осуществляется очень просто.

Внешний и внутренний теплообмен. Перенос массы для гомо­генных систем определяется разностью химических потенциалов. Сравнение химических потенциалов при испарении паров воды в воздух u_в и  перегретый пар u_п показало [20], что если температура теплоносителя ниже 180° С. При температуре вышеи достигает 2,8 при 550° С [52]. Коэф­фициент самодиффузии пара D_n равен 0,277 (T/273)², т. е. выше, чем коэффициент диффузии пара в воздух D_п, равный 0,216 (Т/273)², следовательно, при использовании перегретого пара высоких температур массообмен проходит более интенсивно.

В первом периоде сушки температура материала равна тем­пературе насыщения при соответствующем давлении. Поэтому разность температур при сушке перегретым паром (t_с — 100) меньше, чем при сушке  нагретым воздухом. Однако в первом случае можно использовать газы с более высокими начальными температурами. По данным И. М. Федорова [40] и Л. Венцела [124, 125], конвективный коэффициент теплообмена при темпе­ратурах пара ниже 200° С меньше, чем при использовании нагре­того воздухаПри сушке перегретым паром значи­тельную роль играет передача тепла радиацией, величина которой увеличивается с повышением температуры и может составлять до 50% от общего потока тепла. Таким образом, можно считать, что интенсивность сушки в токе перегретого пара при температу­рах его выше 200° С больше, чем при сушке нагретым воздухом. По данным [124], начиная с Re > 255 000 конвективный коэф­фициент теплообмена выше в случае использования пара (t_с > Ss 200° С).

Сушка капиллярно-пористых тел (целлюлоза, картон) в пере­гретом паре впервые изучалась И. М. Федоровым в 1938 г. [40]. Опыты проводились в условиях естественной конвекции при тем­пературах  пара и воздуха t_c с 200° С. В его работах было пока­зано, что существуют в основном два периода процесса: постоян­ной и падающей скоростей сушки. В первый момент на поверх­ности материала конденсируется пар с быстрым прогревом тела.

Период прогрева с увлажнением тела невелик по сравнению с общей длительностью сушки. Для тел значительных размеров длительность прогрева и величина избыточного увлажнения зави­сят от начальной влажности [64]. Увлажнение поверхности мате­риала может иногда отрицательно влиять на его технологические свойства.