Сушилни инсталации за сушене на дървесни стърготини

Сушенето е един от най-разпространените в природата и промишлеността процеси. То намира широко приложение в химическата, хранителната промишленост, металургията, дървопреработвателната, селскостопанската и редица други промишлености и отрасли. В зависимост от начина на подвеждане на енергията, сушенето бива конвективно, кондуктивно, радиационно, сушене в електрическо поле с висока и свръхвисока честота, в акустично поле, комбинирано сушене. В последните години за сушене на насипни материали, какъвто материал са дървесните стърготини, все по-голямо приложение намира конвективното сушене в кипящ слой, фонтаниращ и виброкипящ слой. Процесът на масообмен в сушилните с кипящ слой е много по-интензивен в сравнение с процеса в шахтовите и барабанните сушилни. Обемният коефициент на топлоотдаване е в интервала 5800 - 12000 W/(m3K), а налягането на изпарената влага от единица площ е от 60 до 3000 kg (m2h).

Сушене в кипящ слой

Флуидизираният слой се наблюдава при по-високи скорости на флуида през пространството между твърдите частици, при което динамичното въздействие на потока върху насипния материал се изравнява с теглото или с други масови сили, действащи върху целия слой или на част от него. В този случай частиците започват да се движат хаотично във всички посоки на заеманото от тях пространство, включително и срещу посоката на скоростта на газа. В това състояние дисперсната система има вид на кипяща течност. Това дава основание да се използват наименованията "кипящ" или "псевдокипящ" слой.

Геометричните и физични свойства на твърдите частици имат голямо и непосредствено влияние върху свойствата на флуидизираните системи, разхода на енергия за привеждане на процеса и предопределят конструкцията на разпределителната решетка и на целия сушилен агрегат.

Геометричните свойства включват размера и формата на частиците, състоянието на тяхната повърхност и плътността на разпределението им в насипно състояние. Сред особено важните физични свойства са плътността, ъгълът на естествен откос и ъгълът на външно триене в насипно състояние.

Размер на частиците

Естественият размер, който характеризира геометрията на сферичните частици, е диаметърът. Несферичните частици се характеризират с техния еквивалентен диаметър de. За определянето му се използват различни начини в зависимост от формата на твърдите частици и използвания метод за измерване, например ако са известни размерите на частицата в три взаимноперпендикулярни направления l1, l2 и l3, то: de = (l1 + l2 + l3 )/3, m. Най-разпространен и лесен начин за определяне на de е чрез пресяване през сито. Ако частицата е преминала през сито с размер на отворите d2 и се е задържала върху сито с по-малък размер на отворите d1, то:

de = v (d1d2 ) или de = (l1 + l2)/2, m.

За точното определяне на de се изисква разликата между d1 и d2 да е достатъчно малка. По данни от справочната литература за дървесни стружки, получени от гатер, средният еквивалентен диаметър е de =4 mm.

Редица характерни величини на флуидизираните системи зависят в значителна степен от формата на частиците. Такива са аеродинамичните загуби в слоя, първата и втората критична скорост и др.

Колкото повече формата на частиците се различава от сферичната, както е при дървесните стружки, толкова повече специфичната повърхност е по-голяма, което в една или друга степен влияе върху взаимодействието между частицата и флуида и интензивността на процесите в слоя.

Плътност на частиците

Принципно, плътността на твърдите насипни материали бива привидна, истинска и насипна.

Привидната плътност представлява масата на частицата, отнесена към целия обем, включително и обема на порите, запълнени с въздух или други газове. Истинската плътност на дървесината се изразява чрез масата на единица обем дървесина заедно с порите и празните пространства, измерва се в kg/m3. Основният фактор, от който зависи плътността на дървесината, е съдържанието на вода.

Насипната плътност на материала се определя от масата на частиците, които запълват съд с определен обем.

Ъгъл на естествения откос и вътрешното триене на насипния материал

Ъгълът на естествен откос има съществено значение при работата с насипни материали. Той представлява ъгълът, сключен между хоризонталната равнина и образувателната на конуса, получен при изсипването на материала върху него. Измерването му с достатъчна точност може да се извърши в лабораторни условия.

За целта се използва правоъгълен бункер с подвижен шибър на предната вертикална стена. Измерването се извършва с ъгломер. Със същия лабораторен стенд може да се определи и ъгълът на външно триене. Това е минималният ъгъл, при който насипният материал се свлича (плъзга) по наклонена повърхност. Той е необходим за определяне ъгъла на наклона на бункера, от който става изсипването на материала.

Сушилни инсталации с кипящ слой

При сушене в кипящ слой продължителността на процеса се съкращава значително, тъй като равномерността на контакта между материала и сушилния агент позволява да се използват високотемпературни режими. Сушилните са прости по конструкция и лесно се обслужват.

Сред недостатъците на сушилните с кипящ слой са увеличен разход на енергия за създаване на високи скорости на сушилния агент и трудност в някои случаи да се осигури равномерно кипене и да се избегне агрегирането или спичането на частиците, което може да доведе до затихване на кипенето.

В практиката се използват различни по конструкция сушилни с кипящ слой. Най-често те се класифицират в зависимост от: режима на работа (с периодично и непрекъснато действие); формата на напречното сечение на апарата (с кръгла или правоъгълна камера); вида на движението на материала (със или без насочено движение); брой на секциите (еднo и много секционни) и т. н.

Сушилният агент може да бъде както въздух, нагряван чрез калорифер, димни газове, така и смес от въздух и димни газове.

Предпочитани в практиката са сушилните с камери с кръгло напречно сечение, тъй като при квадратното или правоъгълното сечение с отношение на дължината към ширината по-малко от 2, вероятността да се образуват застойни зони е по-голяма. За да се намали отношението на дребни фракции и да се създаде възможност за обработване на полидисперсни слоеве, камерите на сушилните се изработват с увеличаващо се по височина напречно сечение на сепарационото пространство. Ъгълът на наклона между стените на апарати с кипящ слой обикновено се приема 14 - 16° и не повече от 20°. При сушене на слепващи се материали, когато кипящият слой е силно нееднороден, в апарата могат да се монтират механични бъркачки.

Равномерност на изсушаването

За да се намали неравномерността на изсушаване на отделните частици, се прибягва към създаване на насочено движение на слоя от входа към изхода. Това се постига чрез различни конструктивни решения - монтиране на газоразпределителна решетка под наклон (1± 4°), намаляване на широчината й по посока на изхода чрез използване на шнекови движещи се прегради или спирална преграда.

С много по-голяма равномерност на кипене и намаляване до минимум или напълно отстраняване на застойните зони са сушилните с подвижни газоразпределителни решетки. Енергийните загуби при тези апарати са много по-малки, тъй като относителното светло сечение на отворите на подвижните решетки може да бъде по-голямо.

За сушене на трудно съхнещи материали до ниски крайни влажности се използват многокамерните сушилни. Те осигуряват по-равномерно сушене и позволяват реализирането на степенни режими. Във всяка зона могат да се поддържат различни параметри на сушилния агент.

Продължителността на престоя на материала в дадена секция се определя от дължината на секцията и от височината на слоя в нея. Секционирането на апарата може да се извърши както хоризонтално, така и вертикално. И за двата типа агрегати движението на материала и на сушилния агрегат може да бъде последователно (във всяка секция се подава свеж сушилен агент) или степенно противотоково. При втория случай се постига по-висока степен на насищане на газа и се намалява отнасянето на прахообразни фракции, но апаратите са с по-сложна конструкция и с увеличени хидравлични съпротивления.

Роля на газоразпределителната решетка

Основният конструктивен елемент на сушилните с кипящ слой е газоразпределителната решетка. Типът и размерите й оказват съществено влияние върху работата на сушилнята. Освен носещите функции разпределителната решетка има задачата да осигури равномерно разпределяне на сушилния агент по сечението на агрегата без образуването на застойни зони. Необходимо е решетката да бъде топло- и корозоустойчива, да не спомага за образуване на агрегати от твърди частици и да не се задръства, да се осигурява насочено движение на материала и др. Също така е добре разпределителната решетка да работи с минимален разход на енергия.

Всички тези разнообразни изисквания са довели до многобройни конструктивни решения. Най-често използваният принцип за класифицирането им е конструктивният. Две са главните разновидности в това отношение - според състоянието на решетката и според начина на оформяне на отворите за преминаване на флуидизиращия агент.

Класификацията по начина на оформяне на отворите за преминаване на флуидизиращия агент е многообразна. Според този признак решетките биват: порьозни, перфорирани, мрежести, тръбни, скарни, дюзови, процепни и специални.

Най-равномерно скоростно поле на газа на изхода от решетката се получава при порьозните плочи и текстилната материя. Те обаче имат големи енергийни загуби и работят при ниски температури.

Най-прости в конструктивно отношение и най-разпространени са перфорираните разпределителни решетки, като отворите могат да бъдат с произволна форма.

В съответствие с особеностите на дървесните стърготини се препоръчва при избора на сушилна уредба да се спазва условието разпределителната решетка да е подвижна.

Особености на сушилната инсталация

За подгряването на сушилния агент преди подаването му в сушилната камера е възможно използването на рекуперативни топлообменници. Сред използваните решения са рекуперативните топлообменни апарати с валцовани тръби и спирални ленти.

Рекуператорите са противоточни топлообменници, в които пренасянето на топлината от греещите димни газове към въздуха се осъществява чрез разделяща ги стена и се характеризира със стационарен режим. В практиката се използват както метални, така и керамични рекуператори. Този вид рекуператори, сравнени с други, имат най-голяма разделителна повърхност (20 - 30 m2/m3) и високи стойности на коефициента на топлопредаване, отнесени към площта на разделителната стена.

При сушенето на дървесни стърготини в сушилни с кипящ слой е добре да се предвиди и прахоулавящ апарат. Сред най-често използваните са центробежните прахоулавящи устройства - циклони.

За преместването на сушения материал, както и за подобряване на процеса на сушене, в сушилнята може да се използва лентов транспортьор с перфорирана метална лента.

За регулиране на налягането в сушилната камера се използват регулатори на налягане. Сред намиращите приложение са регулаторите с пряко действие от мембранен тип.

Регулирането на температурата в сушилната камера често е чрез регулатори на температура с пряко действие. Те осигуряват сравнително добра степен на регулиране. Обикновено чувствителният елемент се поставя в сушилната камера, а регулиращият орган - на газопровода, подаващ горещия въздух в камерата. Ако температурата на въздуха в сушилнята се повиши, чувствителният елемент въздейства на регулиращия орган и той намалява количеството горещ въздух, подаван в сушилнята. Ако температурата на въздуха намалее, то обратно - под въздействие на чувствителния елемент регулиращият орган увеличава постъпването на горещ въздух.

За измерване влажността на сушилния агент се използват предимно психрометри.