Сушильные шкафы. Наиболее просты по конструкции сушилки с неподвижным слоем высушиваемого материала. Это вакуумные сушильные шкафы цилиндрической или прямоугольной формы, обогреваемые паром, и в редких случаях горячей водой, с барометрическими или поверхностными конденсаторами или с мокровоздушными насосами. Поверхностные конденсаторы применяют, если необходимо уловить пары ценных летучих растворителей; если растворителем является вода, то обычно вакуумные шкафы снабжают барометрическими конденсаторами смешения.

Изучение процесса вакуумной сушки в неподвижном слое и опыт эксплуатации вакуумных сушильных шкафов показывают, что этот способ сушки малоэффективен. Кроме того, очень велики затраты ручного труда, так как загрузка и выгрузка шкафов производятся вручную. Такие шкафы применяют лишь на установках с малой производительностью. Более производительны сушилки, в которых материал во время сушки может перемешиваться.

Гребковые сушилки — это аппараты, внутри которых вращается вал с лопастями — гребками, перемешивающими высушиваемый материал. Конечный продукт в них благодаря перемешиванию получают в грубо измельченном виде (в виде крупы). Для обогрева служит рубашка корпуса аппарата, в которую подается пар или горячая вода, полый вал, внутрь которого подается теплоноситель, и, наконец, одновременно и вал, и рубашка. Наиболее распространены для сушки пастообразных материалов гребковые вакуумные сушилки с периодическим изменением направления вращения вала.

Гребковые сушилки отечественного производства (вакуумные цилиндрические сушилки с реверсивной мешалкой) имеют следующие технически характеристики (V—полная геометрическая емкость- D и L указаны на рис. 72)

СВЦР 800/2500 СВЦР 1000/3200 СВЦР 1250/4000

D в мм       800  1000  1 250

L в мм       2500  3200     4 000

V в л    1320      2600    5 040

Масса в кг  5000    7200    11 300

Исследование работы гребковой вакуумной сушилки показало, что ход процесса сушки зависит от начальной влажности материала. Процесс при высокой начальной влажности складывается из двух стадий. В первой стадии наблюдается период подогрева, постоянной и падающей скорости сушки. Во второй стадии (при влажности 34—35%) скорость сушки опять сильно возрастает и превышает максимальную скорость первой стадии, а за тем снова падает. Это объясняется тем, что при подсыхании пасты материал до влажности 34—35% она легко рассыпается на мелкие куски под действие мешалки. Это значительно увеличивает поверхность испарения и повышает скорость сушки.

На рис. 73 показана гребковая сушилка фирмы Бусс (Швейцария схема сушилки и ориентировочные габаритные размеры различных типе таких сушилок приведены на рис. 74 и в табл. 24.

Части аппарата, соприкасающиеся с сушимым материалом, изготовляют из хромоникелевых сталей. Материал для сушки может быть жидким, пастообразным или твердым (крупно- или мелкозернистым). Если из продукта удаляют воду, то рабочее давление в сушилке 30—40 мм рт. ст., а в

некоторых случаях и ниже. При этом температура сушимого материала не превышает 100° С. Таким образом, сушка происходит при низких температурах, и аппарат можно применять для материалов, чувствительных к высоким температурам.

Таблица 24 Значения параметров при номинальной емкости в л

Так как сушимый материал непрерывно перемещается внутри сушилки, то его температура может быть выше неподвижного материала (при прочих равных условиях). Большая разность температур между теплоносителем и сушимым материалом, а также постоянное перемешивание и измельчение значительно сокращают продолжительность сушки.

Рис. 74. Схема и габаритные размеры гребковой сушилки фирмы Бусс (Швейцария): 1 — сушилка; 2 — передаточный механизм; 3 — рукавный фильтр; 4 — промежуточная часть; 5 —разгрузочное приспособление; 6 — наполнительный патрубок

В горизонтальном цилиндрическом корпусе сушилки вращается мешалка с лопастями. Оболочка сушилки и вал мешалки с лопастями могут обогреваться.

Таблица 25

 Обогрев производится паром, а в некоторых случаях жидким теплоносителем — горячей водой. Насыщенный пар для обогрева имеет давление 5 атм. Жидкий теплоноситель применяют в тех случаях, когда температура нагрева должна быть значительно ниже 100° С. Подшипники мешалки находятся вне корпуса и не соприкасаются с сушимым материалом. Конструкция вала и корпуса позволяет сушить весьма вязкие продукты.

Схема сушилки ГДР (Деитше вакуум аппарате) дана на рис. 76. Сушилки такого типа с поверхностью нагрева от 32 до 150 м² предназначены для больших нагрузок. Для работы при давлениях больше 17,5 мм рт. ст. выпускают сушилки меньших размеров с поверхностями нагрева от 4,3 до 21 м².

Тарельчатые сушилки — разновидность сушилок с перемешивающим устройством. Материал располагается на дне аппарата, снабженном греющей рубашкой, и перемешивается лопастями, насаженными на вращающемся валу (рис. 77).

Таблица 26

Для ускорения сушки можно нагревать корпус и крышку, тогда тепло передается к материалу не только теплопроводностью, но и тепловым излучением. Сушилки обычно применяют для высушивания небольших количеств сильно пылящихся материалов. В некоторых случаях при загрузке сушилки влажный материал смешивают с предварительно высушенным материалом.

Схемы тарельчатых сушилок различных конструкций даны на рис. 78. Технические характеристики тарельчатых одноэтажных сушилок фирмы Буфловак (США) приведены в табл. 26.

Барабанная вакуумная сушилка состоит из цилиндрического вакуумного корпуса с нагревательной рубашкой, вращающегося вокруг горизонтальной оси, и штуцера с крышкой и люком, служащего при малых размерах барабана для загрузки и выгрузки материала. Через несущую цапфу лобовой стенки корпуса выходит паровоздушная смесь, через другую цапфу циркулирует теплоноситель для нагрева рубашки корпуса. Кроме того, на внутренней стенке барабана иногда укрепляют подъемные лопатки, которые при одном направлении вращения загружают материал, а при обратном — перемещают материал по направлению к разгрузочному отверстию.

Барабан вращается от электродвигателя через клиноременную передачу, червячный редуктор и цилиндрическую пару. Частота вращения барабана регулируется сменой шкивов клиноременной передачи. Мокрый пылеуловитель (вертикальный цилиндрический сосуд с приваренными днищами) предназначен для очистки паровоздушной смеси от пыли полиамидной смолы.

Рис. 79. Барабанная вакуумная сушилка типа BCA  с трубчатыми нагревателями: 1 — люк для загрузки и выгрузки Ду-400; 2 — приспособление для отбора проб; 3 — трубки к мановакуумметрам; 4 — вход пара; 5 — выход конденсата; 6 — воздушник; 7 — сборник капроновой пыли; 8 — впуск воздуха; 9— к поршневому вакуумному насосу;10 — отсос водяных паров; 11 — к термометру 1

Конденсаторы служат для конденсации воды и паров лактама. Раствор лактама регенерируется.

Вакуум-барабанные сушилки Иркутского филиала НИИХИММАШа имеют единовременную загрузку барабана от 0,015 до 0,045 м³. Барабаны обогреваются водяным паром или жидким динилом. Кроме того, выпускается сушилка с единовременной загрузкой 0,32 м3 с обогревом водяным паром. Вакуум в сушилке создается либо пароэжекторным насосом, либо вращательным масляным насосом ВН-4Г. При работе насоса ВН-4Г в схему включают пылеотделитель, поверхностный конденсатор, конденсатор-вымораживатель для улавливания остаточной влаги.

Наиболее рационально работать с пароэжекторным насосом, если имеется производственный пар давлением 0,6 Мн/мг и высота здания достаточна для установки барометрических труб. Материал при сушке непрерывно перемещается по периферии наружного и внутреннего сушильных барабанов. Загрузка и выгрузка продукта производятся шнеком, расположенным в загрузочной цапфе, и улиткой на торцовой стенке со стороны загрузки и выгрузки.

Сушимый материал подают в загрузочный бункер через специальный люк, после чего люк закрывают и в системе создают вакуум. После выравнивания давлений в загрузочном бункере и корпусе сушилки открывается клапан бункера, включается привод барабана и в рубашки барабанов подается теплоноситель. Для создания мягкого температурного режима в период загрузки продукта в сушилку при обогреве водяным паром включают вихревой насос для создания разрежения в рубашках барабанов. Скорость подачи продукта в сушилку регулируется величиной открытия клапана загрузочного бункера. Возможны два варианта присоединения барабанной сушилки; с пароэжекторным насосом и с механическим (рис. 80 и 81). Технические характеристики сушилок приведены в табл. 27.

Примечание. Максимальная начальная влажность 15%; минимальная конечная влажность 0,01 — 0,02%; напряжение поверхности по влаге в 1-й период сушки 1,25 кг/(м2*ч), во 2-й —, 0,28 кг/(м'- ч); остаточное давление в барабане 6,6- 10* МН/м2; давление пара в рубашке до 0,2 МН/м²; температура греющей поверхности при обогреве днннлом до 533° K и паром до 388° K

Рис. 80. Принципиальная схема вакуумной барабанной сушильной установки с пароэжекторным насосом: 1 — вакуумная барабанная сушилка; 2 — загрузочный бункер; 3 — пароэжекторный вакуумный насос; 4 — барометрический ящик; 5 — холодильник; 6 — насос; 7 — спуск в канализацию; 8 — выгрузка крошки; 9 — спуск конденсата; 10 — вход пара; 11 — V — ступени эжектора

Pис. 81. Принципиальная схема вакуумной барабанной сушильной установки с механическим насосом:I - вакуумная барабанная сушилка; 2 — загрузочный бункер; 3 — конденсатор от сушильной установки; 4 — вакуум-насос ВН-4Г; 5 — пылеуловитель; 6 — конденсатор—вымораживатель; 7 — холодильник; 8 — спуск в канализацию; 9 — вход; 10 — спуск конденсата; 11 — вход пара;

Фирма Дейтше вакуум аппарате (ГДР) выпускает вакуумные барабанные сушилки различных типоразмеров. На рис. 82 показана сушилка, в которой процесс происходит при давлении —0,5 мм рт. ст. Хотя давление внутри аппарата ниже давления в тройной точке для воды, подводимое количество тепла достаточно велико, чтобы обеспечить тепловую сушку без замораживания материала. Пар и неконденсирующиеся газы отсасываются из сушилки пароэжекторными многоступенчатыми насосами. Сушильная установка периодического действия суточной производительностью 3,7 т готового продукта (за одну загрузку) для сушки полиамидной крошки от начальной влажности 12% до влажности 0,05% состоит из бункера сырого материала емкостью 6 м3, вращающегося барабана диаметром 2000 мм и длиной 4000 мм и выгрузного охлаждающего устройства.

Барабан представляет собой горизонтальный цилиндр с рубашкой, внутри которого концентрично встроены еще три двухстенных обогреваемых цилиндра. Крепление производят специальными распорками. Транспортерные шнеки, вваренные между цилиндрами, создают в аппарате циркуляцию материала как вдоль оси, так и в радиальном направлении. Влажный материал загружают через патрубок 13 и по спирали—транспортерному шнеку 11— он входит внутрь барабана.

По внутреннему цилиндру вещество передвигается слева направо, после чего попадает в следующее кольцевое пространство, по нему проходит справа налево и т. д. Наконец, пройдя по наружному кольцевому пространству, оно с помощью специального устройства попадает во внутренний цилиндр и повторяет тот же циркуляционный контур. После окончания сушки направление вращения барабана меняется на противоположное, и вещество шнеком 11 выносится из сушилки. С двух сторон барабана расположены обогреваемые крышки с полыми цапфами. Таким образом, загрузку и выгрузку производят с одной стороны сушилки с помощью шнекового устройства, расположенного с внутренней стороны крышки. Шнек вращается вместе с барабаном.

Сушка производится следующим образом. В барабане создают вакуум и одновременно барабан обогревают, пропуская в паровые рубашки так называемый вакуумный пар, т. е. пар с давлением ниже атмосферного. Сырой продукт загружают в бункер, и в нем мокровоздушным насосом создается вакуум. Когда давление в бункере сравняется с давлением внутри барабана, материал пересыпается через спускную трубу и попадает в загрузочный шнек барабана. После окончания загрузки переключают сушилку на полный обогрев, т. е. в паровой системе создают избыточное давление максимум 1 атм. Из рубашки конденсат отсасывается отдельным мокровоздушным насосом. Для улавливания пыли установлен циклон.

Предварительная откачка воздуха из барабана производится мокровоздушным вакуумным насосом. Когда давление в сушилке после загрузки достигнет 20 мм рт. ст. (предельное давление, создаваемое мокровоздушным насосом), включаются поочередно три ступени пароэжекторного насоса. Температура сушки 90° С, остаточное давление в сушилке 0,5 мм рт. ст.

После окончания сушки, о чем свидетельствует увеличение температуры материала, создают вакуум в выгрузном бункере-холодильнике. Выгрузной бункер состоит из цилиндра и конического днища с охлаждающей рубашкой— охлаждение водой 15° С. Внутри находится другой цилиндр с рубашкой небольшого диаметра, внутри которого вращается шнек со скоростью 60 об/мин. В кольцевом пространстве между наружным и внутренним цилиндрами к обеим стенкам приварены лопасти для транспортировки материала.

Рис. 82. Барабанная вакуум-сушилка с концентрическими паровыми рубашками (фирма Дейтше вакуум-аппарате, ГДР): 1 — вход пара; 2 — привод; 3 — подшипник; 4 — цапфа; 5 — нагреваемая лобовая крышка; 6 — концентрические нагреваемые барабаны; 7 — нагреваемый наружный корпус; 8 — люк; 9 — полая цапфа; 10 — корпус шнека; 11 — транспортерный шнек; 12 — отвод паровоздушной смеси; 13 — патрубок для загрузки влажного материала; 14 — электродвигатель; 15 — вакуумный затвор; 16 — выгрузка сухого материала

Перед началом разгрузки направление вращения барабана изменяю на противоположное и увеличивают скорость его вращения. Поступающий из сушилки материал заполняет коническое днище выгрузного бункера, за тем подхватывается вертикальным шнеком, проходит вверх и пересыпается в наружную кольцевую камеру. Таким образом происходит постоянная циркуляция и охлаждение высушенного материала.

На рис. 83 дана схема установки с барабанной сушилкой большой производительности фирмы Дейтше вакуум аппарате (ГДР). Основные характеристики барабанных сушильных установок этой фирмы приведена в табл. 28.

Подобные установки для сушки пластмасс изготовляются фирмой Лешбольд (ФРГ). Отличительной особенностью установки является наличие охлаждаемого конденсатора, который конденсирует выделяющиеся из продукта пары в твердое состояние (рис. 84).

Рис. 83. Схема барабанной сушилки ГДР:

1 — сушилка с вращающимся барабаном; 2 — привод; 3 — мокрый пылеуловитель; 4 — конденсатор; 5 — вакуум -насосный агрегат; 6 — пульт управления; с, d — патрубки для загрузки и выгрузки в установках № 1 — № 3; е, f — патрубки для загрузки и выгрузки в установках № 4— № 8

Рис. 84. Схема барабанной вакуумной сушильной установки фирмы Лейбольд (ФРГ) с десублимационным конденсатором. а — сушильный барабан; б — присоединение насосов н конденсатора; 1 — барабан; 2 — десублимационный конденсатор; 3 — пылеуловитель; 4 — прессостат; 5 — подвод пара для оттаивания льда; 6 — отстойник; 7 — место отбора проб; 8 — подвод охлаждающей воды

Таблица 28

 Емкость конденсатора около 500 кг . Для охлаждения конденсатора применяют холодильную установку производительностью примерно 80 000 ккал/ч при tисп = —10° С и t_K = = 30° С и —3000 ккал/ч при tисп = —45° С и tK = 35° С. Загрузочный шнек может перемещаться в горизонтальном направлении и вращаться независимо от барабана. Рубашки барабана обогреваются насыщенным паром под вакуумом.

Общая обогреваемая поверхность составляет 60 м². Откачка производится последовательно соединенными насосами: паромасляным газобалластным насосом 12 производительностью 180 м3/ч (при атмосферном давлении) и предельным давлением 1 мм рт. ст. и двухроторным насосом) 13 производительностью 1500 м³/ч и предельным давлением 5•1O^-2 мм рт. ст. Управление установкой полностью автоматизировано.

В пар подается в рубашку сушилки семью ступенями, которые переключаются автоматически в зависимости от величины вакуума. В первой ступени температура рубашки 76° С, затем 80° С и т. д. Острый пар проходит по змеевику, расположенному в нижней части нагревательного бака 11, наполненного водой. Бак герметичный, и образующийся в нем вторичный пар поступает по трубопроводу в рубашку сушилки. Образующийся в рубашке конденсат возвращается обратно в нагревательный бак.

Эта циркуляционная схема соединена трубопроводом малого проходного сечения с водокольцевым вакуумным насосом 16, благодаря чему в нагревательном баке поддерживается определенное разрежение. Если нужно повысить температуру в рубашке, то достаточно при прочих равных условиях увеличить количество острого пара, поступающего в змеевик нагревательного бака. Регулирование количества поступающего пара производится пружинным пневматическим вентилем. В свою очередь, пневматической системой управляет прибор, фиксирующий степень вакуума в барабане.

При автоматическом управлении процессом непрерывно производится регистрация режима сушки. Для этого предусмотрена дроссельная заслонка между сушилкой и конденсатором, которая один раз в каждые три минуты перекрывает проход пару, и в этот момент производится запись повышения давления в сушилке. Чем меньше влаги остается в материале, тем меньше это кратковременное повышение явления. Сушилка фирмы Лейбольд (ФРГ) показана на рис. 85.

Рис. 85. Барабанная сушилка фирмы Лейбольд (ФРГ)

В сушилках с наклонным барабаном материал перемещается под действием силы тяжести. Такие сушилки применяют, например, в производстве искусственного волокна для сушки сыпучих материалов. В этих сушилках достигается очень высокая степень обезвоживания. На рис. 86 показана сушилка с наклонным барабаном, у которой ось корпуса барабана наклонена приблизительно на 25° по отношению к горизонтальной оси вращения. Благодаря такому наклону материал при вращении барабана непрерывно меняет свое положение, соприкасаясь с внутренними стенками корпуса. Для загрузки и выгрузки материала из барабана служит один и тот же штуцер. При загрузке барабана корпус поворачивается таким образом, чтобы штуцер находился в самой верхней точке; при выгрузке положение барабана таково что штуцер находится в самой нижней точке.

Паровоздушная смесь откачивается из сушилки по-разному в зависимости от этапов работы сушилки. На первом этапе, когда из материала выделяется относительно большое количество влаги, пар поступает в поверхностный конденсатор, охлаждаемый холодной водой, а неконденсирующийся газ откачивается одним форвакуумным насосом. Давление в сушилке прнJ этом понижается, пока не достигнет давления насыщения пара, соответствующего температуре охлаждающей воды в конденсаторе. После этого! конденсатор практически не работает, и тогда паровоздушная смесь идет в обход конденсатора и откачивается двумя последовательно соединенными! насосами. После окончания сушки в корпус напускают сухой воздух или1 азот, после чего, производят выгрузку. Для высокоагрессивных материалов такие сушилки изготовляют эмалированными. Наклонный барабан более прост по устройству и надежен в работе, чем барабан с концентрично расположенными рубашками, так как его внутренняя поверхность в большинстве случаев совершенно гладкая. Такие сушилки работают при вакууме порядка 1 мм рт. ст.

На рис. 87 и 88 показаны сушилки фирмы Бонапак (Италия) общей емкостью соответственно 136 и 6800 кг. Основные характеристики сушилок этой фирмы приведены в табл. 29. Барабан сушильного аппарата делает поочередно по одному обороту в поотивоположных направлениях; благодаря этому барабан может соединяться откачивающей системой гибким шлангом, что существенно упрощает конструкцию. Если требуется высокий вакуум, то конденсатор (змеевиковый) встраивают таким образом, что он вращается вместе с барабаном, и соединившая трубка между сушилкой и конденсатором имеет большую пропускную способность. 

 Преимуществом конструкции является и то, что сконденсированный пар выводится из вращающейся сушилки в виде жидкости, и поэтому можно уменьшить проходное сечение гибкого шланга. Гибкий шланг изготовляют из резины или из коррозионностойкого гофрированного металла

Рис. 87. Сушилка фирмы Бонапак (Италия) емкостью 136 кг

Сушилка снабжена рубашкой, по которой циркулирует теплоноситель Гибкий шланг свободно свисает с барабана, а при совершении барабаном полного оборота в одном направлении шланг обвивается вокруг барабана При втором обороте в противоположном направлении шланг опять прови сает, и так происходит непрерывно. Сушилка без встроенного конденсатора работает при давлениях 30—35 мм рт. ст.

Таблица 29 Характеристики сушилок фирмы Бонапак (Италия)

 Сушилка с встроенным конденсатором имеет наклонный барабан; такую конструкцию удается применить благодаря малому диаметру соединительного шланга.

Внутреннее устройство сушилок показано на рис. 89 и 90. Трубка для да пара из камеры расположена все время вертикально благодаря на-ию противовесов (см. рис. 90, а и б). Внутреннее устройство является одновременно скребком и дробилкой для комков сушимого материала. Если  большая поверхность теплообмена и нет опасности налипания, камера имеет внутреннее устройство, показанное на рис. 90, в и г  установлены нагревательные змеевики или пакет труб, параллельных к вращения. Когда высушиваемое вещество склонно к прилипанию и обраованию комков, применяют свободно перекатывающиеся шарики (см. к. 90, д).

Рис. 90. Различные схемы устройства барабана

На рис. 91 показана вращающаяся коническая сушилка, чрезвычайно простая по устройству и в то же время обеспечивающая быстрое высушивание материала в высоком вакууме и при кьма низких температурах. Корпус сушилки вращается вокруг горизонтальной оси. При этом сушимый материал, предварительно загруженный корпус через верхний загрузочный люк, непрерывно и интенсивно перепиливается благодаря соприкосновению с коническими стенками корпуса, и вращении каждая частица материала внутри сушилки соприкасается !внутренней стенкой сушилки, снабженной нагревательной рубашкой. Ькой контакт частичек материала с теплопередающей поверхностью привит к быстрому высушиванию, так как во время сушки частицы непрерывно меняют свое положение и не уплотняются, оставляя свободное пространство для выхода пара. С другой стороны, кристаллы вещества не ломаются и не истираются, так как внутри аппарата нет движущихся частей, и сохраняют свою первоначальную форму и размер. В то же время в сушилах барабанного типа с концентрическими цилиндрами, как показала эксплуатация, наблюдается значительное истирание материала.

Pис. 91. Вращающаяся коническая сушилка: а — общий вид; б — схема установки

 Материал мужается через специальный люк, находящийся на противоположной грузочному люку стороне сушилки. Сушилки успешно применяют для высушивания материала от органических растворителей. Растворители улавливаются с помощью конденсанных устройств. Фирма Данто-Роже (Франция) выпускает подобные пилки из стали, покрытой стеклоэмалью. Объемы аппаратов 100, 600  и 6000 л.