МАШИНОСТРОЕНИЕ

СУШИЛЬНЫЕ ЛЕНТОЧНЫЕ И ВАЛЫДЕЛЕНТОЧНЫЕ АППАРАТЫ

Ленточные сушильные аппараты (кон­вейерные) применяют для сушки сыпучих (зернистых, гранулированных, кусковых, во­локнистых), а также штучных материалов. В частности, их используют для сушки полупро­дуктов и красителей, химикатов-добавок к по­лимерным материалам, синтетического каучу­ка и многих других продуктов. Отличительной их особенностью является наличие одного или нескольких ленточных конвейеров, располо­женных внутри металлического корпуса пря­моугольного сечения. Высушиваемый матери­
ал располагается на ленте в виде слоя толщи­ной до 100 мм и перемещается ею от одной торцовой части сушилки к другой. При нали­чии нескольких лент, которые размещаются по высоте сушилки в несколько ярусов, происхо­дит пересыпание материала с ленты на ленту, что способствует более равномерный его сушке.

Ленточные сушилки работают в непре­рывном режиме, в качестве сушильного агента в них используется воздух или дымовые газы, которые движутся по отношению к высуши­ваемому материалу прямотоком, противотоком или перекрестным током. Часто используется рециркуляция газа и его промежуточный по­догрев. Для интенсификации процесса тепло-, массообмена сушильный агент, как правило, продувают через слой высушиваемого дис­персного материала, находящегося на ленте. Для этого ленты выполняют в виде металличе­ской плетеной сетки, пластинчатой ленты с от­верстиями или в виде отдельных прямоуголь­ной формы лотков с сетчатыми днищами.

В од но ленточных сушилках рабочая ка­мера часто представляет собой ряд последова­тельно соединенных между собой секций, в каждую из которых встроен калорифер и вен­тилятор, обеспечивающий продувку слоя су­шильным агентом, при этом через все секции проходит один ленточный конвейер. Такая конструкция сушилки позволяет дифференци­рованно задавать температурный, скоростной и влажностный режимы процесса по длине ленты.

На рис. 5.2.15 показана одноленточная трехсекционная сушилка СЛ-1200-3, внутри металлического корпуса 1 которой расположе­ны бесконечная лента 3, рециркуляционный радиальный вентилятор 4 и паровой калорифер 5. Штуцеры б предназначены для присоединения воздуховодов, через которые с помощью внеш­него вентилятора организуется общий воздухо­обмен в сушилке. Рециркуляционный вентиля­тор 4 осуществляет многократную продувку через слой материала сушильного агента с его промежуточным подогревом в калорифере 5.

В трехленточной сушилке (рис. 5.2.16) сушильный агент (топочные газы или подогре­тый в калорифере или теплогенераторе воздух) подается в нижнюю часть сушилки 6, проходит снизу вверх через ленты 4 с расположенным на них материалом и удаляется через штуцер в верхней части аппарата.

Между лентами многоленточных суши­лок обычно устанавливают калориферы для промежуточного подогрева сушильного агента. Промежуточный подогрев теплоносителя по­зволяет подвести необходимое для сушки ко­личество теплоты при более низкой его темпе­ратуре. Это обеспечивает более мягкий режим сушки, что важно для термолабильных мате­риалов, которые очень часто сушат именно в ленточных сушилках.

Скорость движения лент в ленточных сушилках варьируется в достаточно широких пределах 0,004...0,9 м/с, чем достигается необ­ходимое время пребывания того или иного ма­териала в аппарате. Удельный влагосъем в лен­точных сушилках составляет 4...60 кг/(м2 ч), удельный расход пара 1,7...2 кг/(кг испаренной влаги), удельный расход воздуха 20...30 кг/(кг испаренной влаги).

Вальцеленточные сушильные аппараты применяют для сушки пастообразных материа­лов. Они представляют собой технологическую связку вальцовой формующей и ленточной су­шилок. В первой из них происходит предвари­тельная подсушка и формование пастообразно­го продукта, во второй - досушка продукта до требуемой влажности.

В вальцеленточной сушилке ВЛ 0,6-1,2. Поступающая из загрузочного устройства 1 паста прижимным валиком 2 вмазывается в трапециевидные канавки вальца 3, обогревае­мого изнутри паром (рис. 5.2.17). При враще­нии вальца 3 происходит контактная подсушка материала до влажности 8... 10 %. Подсушен­ный до такой влажности материал имеет доста­точную механическую прочность для сохране­ния своей формы, он снимается гребенчатым ножом 6, полученные брикеты по конвейерной ленте 4 поступают на ленту 5 ленточной сушилки, в которой происходит окончательная досушка материала.

Диаметр вальца вальцеленточных суши­лок 500... 1500 мм, глубина канавок в них 12 мм, расстояние между канавками составляет 6... 10 мм. Для обогрева вальца используется пар давлением до 1 МПа. Удельный расход те­плоты в вальцеленточных сушилках составляет 6...7 МДж/(кг испаренной влаги).

Расчет ленточных и вальцеленточных сушилок. При известной производительности

Ленточной сушилки по влажному материалу GH
Из уравнения расхода твердой фазы в сушилке определяют высоту слоя материала на ленте /г, задаваясь шириной ленты Ъ, скоростью ее движения vn и отслеживая выполнение огра­ничения h < 0,1 м:

H =---------------------------- —,

Рн Ьол

Где рн - насыпная плотность влажного мате­риала на ленте.

Рабочую длину ленты / находят из кине­тического расчета.

Особенность сушки материала в ленточ­ной сушилке - перекрестное движение фаз, следствием которого является изменение пара­метров теплоносителя как по длине ленты, так и по высоте слоя. В литературных источниках приводятся различные методики расчета кине­тики сушки материала применительно к лен­точным сушилкам. В основе их лежит исполь­зование либо опытной кривой сушки единич­ной гранулы при значениях параметров тепло­носителя на входе в слой, либо приближенного уравнения сушки, например на основе сле­дующей зависимости для скорости сушки:

= K(u-up), сти насыпки, м2/(м3 слоя); Сс, Сс м т - кон­центрация пара соответственно в ядре потока сушильного агента и вблизи поверхности мате­риала, определяемая по температуре мокрого термометра, кг/м3.

2. По уравнению

(Ин-Икр)Рн

(5.2.6)

/'РсАС^

(рн - насыпная плотность материала; m - но­мер элементарного слоя; / - номер концентра­ционной зоны по длине ленты) находят время сушки первого слоя до критического влагосо -

Держания икр и соответствующие этому вре­мени влагосодержания последующих слоев.

3. Рассчитывают позонно кривую сушки первого слоя при значениях параметров тепло­носителя на входе в слой. Для каждой зоны по­лучают среднюю концентрацию пара в воздухе на выходе из первого слоя по следующему урав­нению, полученному при условии аппроксима­ции кривой сушки этого элементарного слоя на

Интервале влагосодержаний (ї7н п мк,) прямой линией (аналогичный прием используется и при расчете последующих слоев)

(к)_лЧн) , ~£Сл )Р0 (—

Где w, Мр - фактическое локальное и равно­весное влагосодержание материала, кг/(кг су­хого материала); т - время; К - коэффициент сушки, с-1.

Рассмотрим методические приемы расчета кинетики сушки гранулированного материала в ленточной сушилке на основе методов, изложен­ных в [55].

Послойный расчет. 1. Слой материала разбивают на ряд элементарных слоев (четыре - пять) и для периода постоянной скорости суш­ки определяют движущую силу процесса мас - соотдачи на выходе из каждого слоя [55]:

ДСс = А С*н) ехр(-х/'Рсг;с), (5.2.5)

Где АСс - движущая сила процесса по газовой фазе на расстоянии х от входа теплоносителя;

(н)

- то же, на входе в слои; vc - скорость

Сушильного агента в свободном сечении перед слоем, м/с; /' - удельная площадь поверхно­(5.2.7)

Из уравнения теплового баланса или при по­мощи Н d - диаграммы влажного воздуха - опре - (к)

Деляют температуру tc соответствующую ^(к)

Величине С с і •

Рассчитывают время сушки второго слоя до критического влагосодержания и соответст­вующие этому времени влагосодержания после­дующих слоев.

Осуществляют позонный расчет кри­вой сушки второго слоя в периоде падающей скорости сушки. Для каждой зоны определяют среднюю концентрацию пара в сушильном

Агенте на выходе из слоя а затем темпе­

Ратуру t^fi - Переходят к третьему слою и т. д.

(Верхние индексы "н" и "к" означают соответ­ственно начальное и конечное по ходу газа се­чение слоя).

Расчет при усредненных параметрах те­плоносителя. Он заключается в том, что рас­считывают кинетику сушки сразу всего слоя

Материала по высоте й = /(т) (й - среднее по высоте слоя влагосодержание материала на данном участке ленты) зональным методом при средних по высоте слоя параметрах тепло­носителя. Такой расчет тем точнее, чем больше скорость сушильного агента, увеличение кото­рой приводит к выравниванию параметров су­шильного агента по толщине слоя. Поскольку последние зависят от интенсивности сушки, которая в свою очередь определяется парамет­рами сушильного агента, задача является кине­тически неопределимой и расчет приходится вести методом итераций (обычно достаточно двух приближений) в такой последовательно­сти.

Весь диапазон изменения влажности слоя разбивают на ряд концентрационных зон йн і~йк j, при этом первая зона соответст­вует первому периоду сушки.

По уравнению (5.2.5) определяют дви­жущую силу процесса по газовой фазе на вы­ходе из слоя для первой зоны, а затем - сред­нюю движущую силу процесса в слое

АС^-АС,

(5.2.8)

Дг(н)

In с1

(к) СІ

Находят продолжительность первого периода сушки всего слоя по уравнению

(н)

(5.2.6), в котором величину ДС с заменяют

На ACcj, определяемую по (5.2.8).

Принимают в первом приближении ориентировочно среднюю концентрацию пара на выходе из слоя во второй концентрационной

Зоне такой же, как в первой зоне

И устанавливают среднюю концентрацию пара в слое

(5.2.9)

ДГ(н)

ІП--Й -

(к) с2

По уравнению баланса или диаграмме со­стояния при Сс2 и Н = const находят /сj - 5. Используя соответствующий метод расчета кинетики сушки, находят продолжи­тельность сушки материала во второй зоне І2- По уравнению (5.2.7) уточняют среднюю для второй зоны концентрацию пара на выходе из слоя

И величины Сс2 и

6 Находя г концентрацию пара на выходе из слоя в конце второй зоны по среднему арифметическом) соотношению

.(к)

С2 С<

С^ (нижние ин­

Дексы "н" и "к" - начало и конец второй зоны).

Переходят к третьей зоне, для которой устанавливают вначале ориентировочно сред­нюю концентрацию пара на выходе из слоя пропорционально изменению влажности мате­риала в третьей и второй зонах:

Мк) _Мк) Аг/з мк) Мк) сЗ ~~ с к2 = \сс2 сс. к2

Aui V 1

Мк)

Где С - концентрация пара на выходе

.-(к)

Из слоя в конце второй зоны: С^ =

ІМ") , ^(к) \ А

= н2 с к2 )/2 ~ средняя концентрация

Пара на выходе из слоя во второй зоне.

Затем по уравнению (5.2.9) определяют

Сс2, а затем все остальные величины.

На рис. 5.2.18 показаны кривые распреде­ления влагосодержания и сушки элементарных слоев и поле влагосодержаний всего слоя, рас­считанные по первому методическому приему на основе решений системы уравнений массо - и теплопереноса для процесса сушки гранули­рованного альтакса в ленточной сушилке [55].

Оба приема расчета кинетики сушки тон­кого продуваемого слоя обеспечивают прием­лемую для практики точность. Послойный рас­чет хотя и более трудоемок, но позволяет по­лучить распределение влажности по толщине материала, что в ряде случаев представляет ин­терес. Интегральный метод расчета кинетики сушки всего слоя применим при невысоких слоях (h < 0,05 м).

При известном времени сушки т (с) рабо­чую длину ленты находят по соотношению l = vn т.

Технологический расчет вальцовой части вальцеленточной сушилки может быть выпол­нен на основе следующих уравнений: уравнения расхода по твердой фазе

GH = 0,5m/coDBpM =0,5 mf

30

(5.2.10)

Уравнения кинетики сушки

- соответственно начальное и ко -

H. B' икъ

Нечное влагосодержание материала на вальце, кг/(кг сухого материала); 7VB - скорость суш­ки материала на вальце, с-1; Vq - окружная скорость вальца, м/с.

Из совместного рассмотрения уравнений (5.2.10) - (5.2.13) получим следующие расчет­ные соотношения:

(5.2.11)

Nn

Уравнения, связывающего рабочую длину канавки /, заполненной пастой со временем пребывания материала на вальце тв:

I = v0Tb-9

Уравнения, связывающего рабочую длину / с углом а рабочего сектора вальца (рад),

30а

7ПВ [4]

60GH

(5.2.15)

Nmnf pN

Расчет по уравнениям (5.2.11), (5.2.14), (5.2.15) проводят в такой последовательности.

Задают значения начального ин в и

Конечного ик в влагосодержания материала на вальце, по уравнениям кинетики кондуктивной сушки [32] или по опытным данным определя­ют скорость сушки материала на вальце N (с-1) и по уравнению (5.2.11) рассчитывают время

Сушки тв.

Исходя из конструктивных соображе­ний, задают угол рабочего сектора вальца а (рад) и по уравнению (5.2.14) находят частоту вращения вальца п мин-1;

Задают геометрические размеры риф­ления вальца а, в, /гк, длину вальца Ьъ (м),
выбирают шаг между канавками /к и опреде­ляют число канавок на вальце:

4. Находят площадь сечения одной канав­ки /(м2) и по уравнению (5.2.15) определяют диаметр вальца DB (м).

При необходимости изменить число обо­ротов или диаметр вальца варьируют парамет­рами а, LB, /к, а, в, hK, wKB, а также тем­пературным режимом сушки, влияющим на ее скорость.