Сушка

Рис. 10. Вакуум-сушильный шкаф: 1-ка мера; 2-полые плиты.

Рис. 11. Гребковая вакуум-сушилка: 1-корпус; 2-рубашка; 3-вал с гребками; 4-трубы-скалки.

Гребковые вакуум-сушилки (рис. 11) представляют собой горизонтальные периодически действующие аппараты с цилиндрич. корпусом, снабженным паровой рубашкой. Дисперсный материал (напр., краситель), заполняющий 20-30% объема аппарата, хорошо перемешивается гребками, закрепленными на валу мешалки, имеющей реверсивный привод, к-рый автоматически изменяет направление ее вращения с частотой 6-10 мин^-1. Между гребками свободно перекатываются трубы-скалки, способствующие разрушению комков и дополнит. перемешиванию материала. Последний можно нагревать также через вал мешалки, если он выполнен полым. Разгрузка и выгрузка материала механизированы. Напряжение пов-сти сушилок по влаге 6-8кг/(м²·ч).

Вальцовые сушилки (рис. 12) предназначены  для непрерывной атмосферной  или вакуумной сушки вязких, жидких и пастообразных материалов (красители, пектиновый клей, молоко и т.п.). Осн. элементы-обогреваемые водяным паром полые вальцы, вращающиеся с частотой 1-13 мин^-1; сушилки м. б. одно- и двухвальцовые. Материал смачивает пов-сть вальцов и высушивается в тонком слое; толщина сухой пленки, снимаемой спец. ножами, составляет 0,1-1,0 мм. Расход пара по испаряемой влаге 1,2-1,6 кг/кг, напряжение пов-сти вальцов по влаге для атмосферных и вакуумных сушилок соотв. 13-15 и 25-70 кг/(м²·ч).

Рис. 12. Вальцовые вакуум-сушилки: а-одновальцовая; б-двухвальцовая; 1-корпус; 2-полый барабан (валец); 3-корыто; 4-распределит. валик; 5-нож; 6-шнек; 7-приемный колпак; 8-сборник; 9-вальцы; 10-наклонная стенка,

Специальные сушилки. В использующих ИК излучение (l = 0,77-344 мкм) терморадиационных, или просто радиационных, сушилках достигается высокая скорость сушки благодаря подводу к влажному материалу большого кол-ва теплоты. Ее генераторами служат устанавливаемые над пов-стью высушиваемого материала (обычно перемещаемого транспортером) спец. электрич. лампы с зеркальными отражателями либо керамич. и металлич. экраны, обогреваемые горячими газами. Эти сушилки компактны и эффективны для обработки обладающих большим коэф. поглощения лучистого потока тонколистовых материалов и окрашенных пов-стей (напр., лакокрасочные покрытия, ткани, бумага и др.).

Для высушивания толстостенных  материалов, когда требуется их быстрый  прогрев во всем объеме, в ряде случаев  эффективна сушка в поле токов  высокой или сверхвысокой частоты. Такую сушку применяют для  изделий из пластмасс и резины, фарфоровых изоляторов и иных материалов, обладающих диэлектрич. св-вами. Высокочастотные (диэлектрические) сушилки позволяют быстро и равномерно осуществлять сушка Однако их использование ограничено из-за дорогостоящего оборудования, большого расхода электроэнергии (до 5 кВт · ч на 1 кг испаряемой влаги) и необходимости соблюдать особые меры техники безопасности;

В сублимационных сушилках осн. часть влаги (до 85%) удаляется в замороженном состоянии под глубоким вакуумом (остаточное давление 5-330 Па) при т-ре 0°С; остальная влага испаряется тепловой вакуум-сушкой (при 30-45 °С). Теплота, необходимая для сушки, подводится к материалу от нагретых пов-стей или радиацией от нагретых экранов. Эти сушилки громоздки и сложны в эксплуатации, однако отличаются незначит. расходом теплоты (2,1-2,3 кДж/кг) и позволяют сохранить биол. св-ва высушиваемых пищ. продуктов и мед. препаратов (антибиотики, плазма крови и т.д.).

Акустические сушилки отличаются от обыкновенных конвективных, как  правило, наличием излучателей ультразвуковых колебаний, источником энергии к-рых служит кинетич. энергия газовой струи. Благодаря этим излучателям высушиваемый материал подвергается со стороны газовой струи воздействию акустич. поля с уровнем интенсивности 145 дБ. По сравнению с конвективной ультразвуковая сушка позволяет в неск. раз ускорить удаление влаги из материала без существ. повышения т-ры, что особенно важно при обработке легко окисляющихся и термочувствит. продуктов. Однако из-за высокой стоимости акустич. энергии, обусловленной, в частности, низким кпд излучателей (20-25%), ультразвуковую сушку применяют ограниченно, гл. обр. в произ-ве мелкодисперсных фармацевтич. ср-в и биологически активных в-в (напр., антибиотики, гормональные препараты).

Выбор сушилок зависит от ряда факторов. К ним относятся: время сушки, агрегатное состояние, допускаемая т-ра нагрева, взрыво- и пожароопасность, токсичность, усадка, загрязнение и др. св-ва высушиваемого материала; требования к равномерности сушки; требования к системе пылеулавливания и т. д. При выборе следует отдавать предпочтение сушилкам непрерывного действия; сушка топочными газами экономичнее воздушной сушки, однако не всегда возможна из-за загрязнения материала. Если при взаимод. высушиваемого материала с влагой не образуется кислая или щелочная среда, сушилки, чаще крупногабаритные, следует выполнять из обыкновенной стали, в противном случае-из нержавеющей стали, иногда из титана.

Выбор сушилок связан с проблемой классификации материалов. В настоящее время разрабатывается такая классификация, к-рая позволила бы быстро оценивать кинетику и выбирать наиб. рациональный тип сушилки. Пример-классификация капиллярно-пористых материалов. В соответствии с ней влажные материалы дифференцируют по внутр. структуре, а за ее характеристику принимают критич. диаметр пор d_кр, т.е. диаметр наиб. тонких пор, из к-рых требуется удалить влагу до достижения конечного влаго-содержания; параметр d_кр позволяет оценить т_с и выбрать экономически целесообразный сушильный аппарат.

Расчет сушилок обычно проводят в след. последовательности: составляют материальный баланс и определяют кол-во испаренной влаги (если нужно, по зонам); составляют тепловой баланс и находят требуемые кол-во теплоты, расходы топлива, пара, сушильного агента и т. д.; исходя из эмпирич. коэф. тепло- и массообмена или уд. напряжений на единицу объема аппарата или пов-сти (греющей или решетки) находят размеры сушильной камеры, а также необходимое число сушилок; анализируют эффективность сушильной установки: степень совершенства сушилки как теплового агрегата можно оценивать энергетич. кпд, к-рый определяется как отношение полезно используемой энергии ко всей затраченной; изменение при сушке качества энергии сушильного агента учитывает эксергетич. кпд-отношение полезно использованной эксергии к затраченной (см. Эксергетический анализ).

Совершенствование техники  сушки в хим. произ-вах обусловлено ужесточением требований к охране окружающей среды, необходимостью экономии энергоресурсов и улучшения обслуживания сушильных установок. Реализуются след. направления: 1) применение технологий, при к-рых на сушку поступают наиб. подготовленные к ней материалы (напр., тонкодисперсные, с широкими порами и т. п.); 2) разработка типовых сушилок, пригодных для сушки больших групп материалов; 3) создание оптим. гидродинамики в сушильных аппаратах; 4) рациональное совмещение подготовит. стадий мех. обезвоживания (см. выше), выпаривания (для сгущения жидкой фазы), предварит. перегрева р-ров (при распылит. высушивании) и собственно сушки; 5) развитие нетрадиционных способов сушки-ИК и УФ излучением, высокочастотной, СВЧ и акустической, со сбросом давления (в материале происходят самовскипание и частичный мех. вынос влаги), перегретым паром (его теплоемкость больше теплоемкости воздуха, поэтому к материалу подводится большее кол-во теплоты), с использованием ПАВ (они ослабляют связь влаги с материалом); 6) применение комбинир. сушилок-с конвективным и контактным подводом теплоты, а также сочетающих сушку с др. процессами (измельчением, гранулированием, хим. р-циями и т. д.); 7) использование экологически рациональных сушилок - безуносных (сушка происходит одновременно с улавливанием готового продукта, напр. в сушилках со встречными закрученными потоками), с организацией процесса т. обр., чтобы на пылеочистку поступало меньшее кол-во крупнодисперсного материала, а также с макс. утилизацией теплоты отработанного сушильного агента.

Сушка в лабораторных условиях

В лаб. практике применяют в осн. те же методы и сушилки, что и при пром. сушке. Исследования механизмов, периодического и непрерывного режимов сушки в-в и материалов, особенностей их поведения и св-в сушильных агентов, отработку гидродинамики и конструкций сушильных аппаратов проводят на опытных установках, моделирующих пром. сушилки.

Для высушивания в-в, устойчивых к нагреванию, используют работающие при атм. давлении сушильные шкафы след. типов: медные или асбестовые с газовым либо иным обогревом; медные с водяной рубашкой и газовым обогревом; электрические-со спиральными и др. проволочными нагреват. элементами; с терморегулятором и сигнальной лампой; с автоматич. регулировкой обогрева; для быстрого высушивания горячим воздухом.

Для сушки в-в, легко разлагающихся при нагр. до 100°С, применяют вакуум-сушильные шкафы, снабженные рубашкой для жидкого теплоносителя, с газовым либо электрич. обогревом. Для осторожного и быстрого высушивания мн. осадков удобно пользоваться металлич. штативами с укрепленными на них рефлекторами, к-рые снабжены лампами ИК излучения или обычными электролампами мощностью не менее 200 Вт. Применяют также т. наз. карусельные инфракрасные сушилки, позволяющие высушивать одновременно неск. образцов, и т.д. Для высушивания хим. посуды используют спец. сушилки, в к-рых воздух нагревается в металлич. змеевике, либо сушильные шкафы (при 80-100°С). Возможна сушка в-в и посуды на открытом воздухе.

Кроме тепловых применяют также  др. методы обезвоживания: путем хим. связывания влаги в-вами (напр., металлич. Na, CaC₂), не взаимодействующими с осушаемыми жидкостями; поглощением из твердых тел и жидкостей паров воды гигроскопич. в-вами (напр., СаСl₂, конц. H₂SO₄); твердыми адсорбентами с высокой уд. пов-стью, напр. цеолитами, поглощающими влагу из жидкостей (т. наз. лиофильное высушивание); сушку сублимированием и др. Твердые в-ва (легко взрывающиеся) сушат в струе инертного газа (напр., азота или гелия, иногда СО₂). Обезвоживание в-в и высушивание посуды можно проводить в эксикаторах (обыкновенных и вакуумных) и на открытом воздухе.

Лит.: Лыков А. В., Тепломассообмен. Справочник, под ред. В. В. Красникова, М., 1978; Романков П. Г., Рашковская Н.Б., Сушка во взвешенном состоянии, 3 изд., Л., 1979; Сажин Б. С., Основы техники сушки, М., 1984; Расчеты аппаратов кипящего слоя. Справочник, под ред. И. П. Мухленова, Б. С. Сажина, В.Ф.Фролова, Л., 1986; Долинский А. А., Малецкая К. Д., Шморгун В. В., Кинетика и технология сушки распылением, К., 1987; Фролов В.Ф., Моделирование сушки дисперсных материалов, Л., 1987; Мушта-ев В. И., Ульянов В. М., Сушка дисперсных материалов, М., 1988; Сушильные аппараты и установки. Каталог НИИХИММАШ, М., 1988; Сажин Б. С., Реутский В. А., Сушка и промывка текстильных материалов: теория и расчет процессов, М., 1990. Б. С. Сажин, Б. П. Лукачсвский.

ВЫСУШИВАНИЕ ТВЕРДЫХ  ВЕЩЕСТВ

Высушивание твердых веществ  можно проводить на открытом воздухе  при обычной температуре, при  подогреве и обычном атмосферном  давлении, при низкой температуре  под уменьшенным давлением, в  атмосфере с малым давлением  водяных паров (в эксикаторе), в  атмосфере инертного газа.

Высушивание на открытом воздухе  при обычной температуре. Многие вещества (как неорганические, так  и органические) можно сушить на открытом воздухе. Испарение будет  происходить до тех пор, пока не наступит равновесие между давлением водяных  паров в воздухе и содержанием  влаги в твердом веществе.

Таким путем можно сушить, например, хлористый барий. Для этого  хлористый барий, отжатый на воронке  Бюхнера после перекристаллизации, высыпают на чистый лист фильтровальной бумаги и распределяют на нем слоем толщиной не больше 3—5 мм. Уминать соль в этом случае нельзя: чем рыхлее она будет разложена, тем скорее и лучше пройдет сушка. Соль сверху накрывают другим листом фильтрованной бумаги, чтобы защитить ее от пыли, и оставляют на 12 ч. За этот промежуток времени соль уже значительно подсохнет. Чтобы получить совершенно сухую соль, ее следует через 12 ч перемешать чистым шпателем так, чтобы нижние (более влажные) слои попали наверх и чтобы масса оставалась рыхлой. Оставив стоять ее еще на 12 ч, получают сухую соль, которую складывают шпателем в банку и закрывают. Если при стоянии в плотно закрытой банке на стенках ее появляются капли воды, значит соль была высушена недостаточно и се следует вновь подсушить.

Высушивание на воздухе —  операция довольно продолжительная, и  к ней прибегают только тогда, когда высушиваемое вещество негигроскопично  и желают получить вещество рыхлым, сыпучим, без комков или когда вещество разлагается при нагревании.

Высушивание при  подогреве и обычном атмосферном  давлении. Широко распространено высушивание при подогреве и обычном атмосферном давлении. В этом случае пользуются сушильным шкафом.

Имеется несколько типов  лабораторных сушильных шкафов для'пысушивания при обычном атмосферном давлении.

1. Медные или асбестовые сушильные шкафы с газовым или другим обогревом.

2. Медные сушильные шкафы с водяной рубашкой и газовым обогревом.

3. Электрические сушильные шкафы.

Медные или асбестовые (обыкновенные) сушильные шкафы (рис. 471) с газовым обогревом обычно представляют собой коробку с  боковой дверцей. Внутри находится  медная полка с вырезанными в  ней круглыми отверстиями диаметром  приблизительно 1 см. В верхней части  шкафа имеются два отверстия, одно из которых предназначено для  термометра, другое — для циркуляции воздуха. Сушильный шкаф подвешивают  на стенку около стола или же ставят на стол на железную подставку. Шкаф обогревают снизу газовой горелкой.

Недостаток такого шкафа  заключается в том, что точно  регулировать температуру высушивания  в нем трудно.

Всегда возможен перегрев, и потому при работе с таким  шкафом за ним необходим постоянный контроль.

Вещество, подлежащее высушиванию, кладут на полку шкафа в выпарительной  чашке или иа бумаге. Если высушивание преследует цель удалить воду и вещество «не боится» нагрева, т. е. ие распадается и пс изменяется при нагревании до 100—105° С, то высушивание ведут именно при этой температуре. Однако следует не сразу доводить температуру до этого предела, а повышать ее постепенно. Это необходимо потому, что если температуру поднять сразу до 105° С, верхний слой вещества уплотнится и образовавшаяся корка будет препятствовать равномерной сушке.

Продолжительность высушивания  зависит от количества вещества, толщины  слоя его, температуры, правильности проведения.

Чем меньше вещества и чем  тоньше слой его, тем скорее идет высушивание. Выгоднее большую партию разбить  на ряд мелких, чем высушивать сразу большое количество толстым слоем.

11ем равномернее поднимается  температура, тем правильнее и  скорее пройдет высушивание.

Все время надо заботиться о том, чтобы сушильным шка'ф не перегревался, так как при этом можно кспор-шть высушиваемое вещество. В некоторых случаях относительно постоянный температурный режим можно создать, открывая дверцу шкафа и изменяя ширину щели.

Значительно удобнее сушильные  шкафы с двойной стенкой или  рубашкой (рис. 472). В пространство между стенками через специальное отверстие в одном из верхних углов шкафа наливают воду. Для наблюдения за уровнем воды в рубашке эти шкафы оборудуют водомерными трубками. Сушильные шкафы такой конструкции нагревают газовыми горелками. Преимущество таких шкафов заключается в том, что в них можно создать постоянную температуру, пс превышающую 100° С. Регулируя пламя горелки, можно получить довольно постоянную температуру ниже 100° С.