CC BY
21
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
Баровакуумные сушилки
В.А.Ковальский
ОАО «ПКБ Пластмаш», г. Краснодар
При сушке комкообразных, гранулированных, волокнистых и растительных материалов, в особенности таких, которые не допускают механического воздействия (например перемешивания), на первый план выдвигается проблема интенсификации процесса тепломассообмена. Иногда для увеличения поверхности тепломассообмена материал измельчают [1]. Для интенсификации процесса используют также конвективный метод сушки [2], который повышает скорость испарения лишь влаги, находящейся на поверхности или в поверхностном слое материала. Для удаления влаги из внутренних слоев применяют вакуумные или вакуумно-конвективные сушилки (работают в периодическом режиме), в которых градиент давления внутри материала и на его поверхности обусловливает движение паров влаги в направлении наружных слоев.
В ОАО «ПКБ Пластмаш» разработан конвективный способ сушки на основе чередования избыточного давления и разрежения в сушильной камере (ба-ровакуумный способ сушки). Его особенность заключается в том, что при создании вакуума в сушильной камере вода, ее пары и воздух как бы отсасываются из внутренних слоев высушива-
г г /- г г г- г г
V V V V
5' 4
Рис. 1. Вид сверху на сушильную камеру в разрезе
Рис. 2. Вид с торца на сушильную камеру
емого материала, а при создании в ней избыточного давления горячий воздух нагнетается в слой материала и непосредственно в пористую структуру последнего, разогревая его. При последующем вакуумировании отсос паров из внутренних слоев материала повторяется. Происходит «принудительное дыхание» с вентиляцией пор высушиваемого материала, что значительно интенсифицирует процесс.
В баровакуумной сушилке использована серийная газодувка типа 1Г с системой управляемых поворотных затворов. Газодувка является средством для создания разрежения и избыточного давления в сушильной камере при подключении последней то к всасывающей, то к нагнетательной линии газодувки. Кроме того, газодувка служит для нагрева сушильного агента за счет его сжатия и для циркуляции агента в камере. Таким образом, отпадает необходимость в применяемых в известных сушилках электрокалориферах, вентиляторах и вакуумных насосах.
Газодувки типа 1Г обеспечивают разрежение в сушильной камере 45 кПа и избыточное давление 80 кПа. Суммарный перепад давления составляет 125 кПа по сравнению с 80 кПа в известных вакуумных сушилках, т. е. в 1,56 раза больше.
Баровакуумная сушилка состоит из собственно сушильной камеры, газо-дувки с системой управляемых поворотных затворов и трубопроводов, а также рекуператора.
Сушильная камера включает в себя корпус 1, (рис. 1), поворотную крышку 2, тележку 3, продольные полости 4, образованные перфорированными перегородками 5 и торцовыми стенками 6. На тыльной стороне корпуса размещены штуцера 7 для входа и выхода сушильного агента, которые соединены каналами 8 с продольными полостями 4.
Для циркуляции сушильного агента с созданием избыточного давления и разрежения служит газодувка 9, а для улавливания и возврата в процесс сушки тепла удаляемого влажного воздуха, а также частичной конденсации его паров - рекуператор 10.
С сушильной камерой газодувка соединена основным контуром циркуляции, включающим воздуховоды 11
и 12, 13 и 14. На нагнетательной линии 11 установлен переключатель потока сушильного агента 15, предназначенный для реверсирования его в сушильной камере. С рекуператором 10 газодувка соединена дополнительным контуром циркуляции, включающим воздуховоды 18, 19.
В местах сопряжения нагнетательных 11, 18 и всасывающих 12, 19 линий основного и дополнительного контуров циркуляции сушильного агента установлены трехходовые поворотные затворы 16, 17, на корпусах которых размещены радиально перепускные устройства 20, 22, 21, 23, которые в процессе наладки регулируются следующим образом:
В напорном режиме перепускное устройство 21 должно обеспечивать избыточное давление в трубопроводах 11, 12 и сушильной камере, равное 80 кПа. При этом живое сечение перепускного устройства 22 должно обеспечивать расход ~ 10-15 % номинального потока сушильного агента.
В вакуумном режиме перепускное устройство 20 должно обеспечивать разрежение в трубопроводах 11, 12 и сушильной камере, равное 45 кПа. При этом живое сечение перепускного устройства 23 должно обеспечивать расход ~ 10-15 % номинального потока сушильного агента.
Работает баровакуумная сушилка следующим образом. В корпус сушильной камеры при открытой крышке 2 на тележке 3 загружают, например, пакет поддонов с подлежащим сушке материалом. Крышка закрывается, включается газодувка и процесс начинается с напорного режима, т. е. с создания в сушильной камере избыточного давления. При этом поворотные затворы 16, 17 находятся в положении, показанном на рис. 3. Воздух циркулирует по основному (через сушильную камеру) и дополнительному (через рекуператор) контурам. Небольшое сечение перепускного устройства 21 (установленное в наладочном режиме) обусловливает рост давления и температуры воздуха в сушильной камере от его сжатия. Одновременно происходит и нагрев подлежащего сушке материала.
Переключатель потока 15 поочередно занимает положения, показанные на рис. 3, что обеспечивает реверсирование потока сушильного агента в камере. Влага испаряется с поверхности материала и переходит в циркулирующий поток сушильного агента. После нагрева воздуха и высушиваемого материала до заданной технологическим режимом температуры происходит переключение затворов 16, 17 на переходный режим работы сушилки (рис. 4).
7
4
5
3
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
Газодувка при этом действует в режиме вентилятора и перекачивает горячий сжатый воздух по основному контуру циркуляции (через сушильную камеру) без повышения температуры. Через приоткрытые перепускные устройства 22, 23 горячий сжатый воздух постепенно стравливается в трубопроводы 18, 19, давление в сушильной камере падает, и за счет возникающего градиента давления влага из внутренних слоев высушиваемого материала активно выходит на его поверхность и испаряется, насыщая циркулирующий поток сушильного агента.
После падения давления в сушилъ-ной камере до атмосферного затворы 16, 17 переключаются в положение, соответствующее вакуумному режиму (рис. 5). Воздух свободно отсасывается газодувкой из сушильной камеры через открытую полость затвора 17, а небольшое сечение перепускного устройства 20 обусловливает создание разрежения в сушильной камере. Градиент давления после переходного режима продолжает расти, влага выводится из внутренних слоев материала и испаряется, переходя в циркулирующий в камере поток сушильного агента. За счет испарения влаги температура сушильного агента и высушиваемого материала падает. 10-15 % номинального потока сушильного агента подсасывается газодувкой через перепускное устройство 23 и рекуператор и ровно столько же горячего влажного воздуха удаляется из системы через открытую полость поворотного затвора 16 и рекуператор, в котором он охлаждается с частичной конденсацией паров влаги, а подсасываемый воздух нагревается.
По окончании работы сушилки в вакуумном режиме затворы 16, 17 снова переключаются в положение, соответствующее напорному режиму и т. д. Чередование напорного, переходного и вакуумного режимов продолжается многократно до достижения заданной конечной влажности высушиваемых материалов.
После завершения сушки и перед выгрузкой из камеры материал должен быть охлажден до 30...40 °С. В режиме охлаждения затворы 16, 17 находятся в положении, показанном на рис. 6, газодувка работает в режиме вентилятора, засасывая воздух через поворотный затвор 17 одновременно из сушильной камеры и атмосферы, а также нагнетая воздух через поворотный затвор 16 одновременно в сушильную камеру и атмосферу. Происходит постепенное понижение температуры воздуха и высушенного материала в сушильной камере.
В описанной баровакуумной сушилке больший, чем в известных сушилках, градиент давления (внутри
Рис. 4. Положение поворотных затворов в переходном режиме
Рис. 5. Положение поворотных затворов в вакуумном режиме
Рис. 6. Положение поворотных затворов в режиме охлаждения
материала и на его поверхности) повышает эффективность удаления и испарения влаги из внутренних слоев и наружной поверхности, а наличие избыточного давления сушильного агента обусловливает повышение его теплоемкости и, следовательно, эффективности нагрева материала.
В итоге в описанной баровакуумной сушилке обеспечивается сокращение продолжительности, снижение энергоемкости, а также повышение качества сушки по сравнению с известными устройствами.
Технические решения, заложенные в конструкцию баровакуумной сушилки, защищены патентами РФ [4, 5].
Возможна разработка и поставка ба-ровакуумных сушилок различных типоразмеров, а также модернизация (с переводом на баровакуумный режим) существующих вакуумных сушилок.
В случаях, когда подлежащий сушке материал допускает его перемешивание, баровакуумные сушилки выполняются без перфорированных перегородок 5 и переключателя потока 15, а сушильная камера снабжается перемешивающим устройством.
ЛИТЕРАТУРА
1. Иванец В.Н., Романенко Ю.В., Чер-тилин Н.Г. Некоторые аспекты изучения процесса переработки травянистого растительного сырья, используемого в пищевой промышленности и ме-дицине//Хранение и переработка селъхозсырья. 2004. №7.
2. Алханашвили Н.Г, Зауташвили Д.И. Исследование процесса сушки яблочных выжимок//Хранение и переработка сельхозсырья. 2004. № 5.
3. Ермилов А.Н., Ноткин В.Л., Казаков М.Е. Обобщение опыта эксплуатации и доработки вакуумных сушильных камер//Деревообрабатывающая промышленность. 2002. № 4.
4. Патент 2194229 РФ^ 26В 9/06, 7/ 00, 21/04 «Агрегат для сушки пиломатериалов». В.А.Ковальский, заявлено 12.10.00, опубл. 2002. Бюл. № 34, ч. II, с. 292.
5. Заявка 2003105404/06 (005662) РФ, МПК F26B, 5/04, 9/06 «Агрегат для баровакуумной сушки пиломатериалов». В.А.Ковальский, приоритет 25.02.03. Решение о выдаче патента на изобретение от 16.09.04.
