Сушка. 
Охрана окружающей среды: процессы и аппараты защиты гидросферы

Для выделения из сточных вод сухого продукта могут быть использованы распылительные сушилки. В таких сушилках суспензию или коллоидный раствор разбрызгивают до капель размером 10−50 мкм, которые падают в объеме сушилки в потоке горячего воздуха или топочных газов. В сушильной камере линейная скорость этого потока должна быть меньше скорости осаждения частиц высушенного материала и равна 0,2−0,5 м/с. Поверхность соприкосновения капель материала с воздухом достигает 300 000 м2 на 1 м³ материала. В этих условиях скорость сушки значительно увеличивается, а ее продолжительность снижается до сотых долей секунды. Для отделения высушенного материала от газового потока используют циклоны, рукавные фильтры, скрубберы, электрофильтры.

Для распыления сточных вод в сушилке применяют центробежные, пневматические или механические распылители. При большой производительности (до 20−40 т/ч) наиболее перспективными являются центробежные распылители, представляющие собой диски, вращающиеся со скоростью 100−200 м/с. Пневматические распылители — это обычные форсунки, в которых распыление осуществляется воздухом, сжатым до избыточного давления 0,15−0,3 МПа. Механические распылители — это форсунки, в которых жидкость подают под давлением до 20 МПа. Распыление в них происходит в результате удара струи жидкости о стенку или соударения двух струй.

К распылителям предъявляются следующие требования: они должны обеспечивать определенную форму факела, однородность размера капель, надежность в работе и минимальные энергозатраты, быть простыми по конструкции, иметь большую производительность и низкую стоимость.

Одной из характеристик распылителя, определяющей размеры сушильной камеры, является радиус факела распыла, за который принимают радиус такой окружности, внутри которой оседает 96−98% всего распыленного раствора.

Сушка распылением представляет собой совокупность следующих процессов: диспергирование материала, движение диспергиро;

Рис. II-110. Схема распылительной сушильной установки: I — топка; 2 — сушильная камера; 3 — распылитель; 4 — насос; 5 — емкость; 6 — циклон; 7 — вентилятор; 8 — рукавный фильтр.

ванного материала и сушильного агента и тепломассообмен между ними, перенос теплоты и массы высушиваемых частиц.

Схема сушильной установки показана на рис. II-110. Начальная температура газов зависит от свойств материала и колеблется в пределах 70−1000°С. На выходе из сушилки она составляет 50−120°С.

Конструкции сушильных камер при распылении жидкостей форсунками и центробежными дисками весьма различны. На рис. II-111 приведены некоторые из них.

В сушилку с форсунками (схема а) газы вводят тангенциально в центр камеры со скоростью 6−12 м/с, а отводят их снизу вместе с продуктом.

В схеме б газы подают в центре через решетку, а отводят через трубу. Вместе с газами отводятся только мелкие частицы.

Камеры (схема в) используют для сушки высоковлажных материалов газами при низкой температуре. Газы подают через решетку равномерно по всему сечению камеры.

Схема г — с раздельной подачей газов. Основную их часть подают непосредственно к форсунке; в некоторых случаях поток закручивают. Запыленные струи газа и факел распыла создают циркуляцию материала, который может налипать на верхнее перекрытие камеры. Чтобы избежать этого, остальное количество газов подают равномерно по всему сечению камеры через решетку. Этот способ ввода газов более сложен, чем другие, но обеспечивает значительную интенсификацию процесса сушки.

При дисковом распыле способ ввода газов в камеру и отвода их в основном обусловлен производительностью диска, отношением расхода жидкости и газа и физико-химическими свойствами растворов.

Рис. II-111. Конструкции сушильных камер: форсуноч.

ных: а — с центральным закрученным подводом теплоносителя (прямоточная); б — с центральным подводом теплоносителя и раздельным отводом газов и продукта; в — с равномерным распределением газов по сечению через газораспределительную решетку; г — с локальным подводом газов к форсунке; дисковых: д — с равномерной подачей газов над факелом по всему сечению камеры; е — с сосредоточенной подачей газов к корню факела распыла; ж — с подачей газа под факел; 1 — форсунки; 2 — решетки; 3 — диски.

Схема д — с равномерной подачей газов над факелом по всему сечению камеры, а схема е — с сосредоточенной подачей газов к корню факела распыла. Газы и материалы вводят раздельно.

На схеме ж газы подают через распределительную головку снизу. В результате изменения скорости истечения газа из жалюзей регулируется положение факела распыла.

Имеются и другие конструкции сушильных камер. Расход энергии при дисковом распыле составляет 5−10 кВт-ч/т раствора.

При сушке влажных материалов сушильным агентом при температуре более 100 °C выделяют пять периодов: 1) прогрева материала;

2) равновесного испарения капли; 3) коркообразования; 4) кипения; 5) сушки до равновесной влажности.

Интенсивность испарения капли раствора меньше, чем капли воды. Различие увеличивается с ростом концентрации раствора. Для интенсификации процесса сушки предложено использовать вакуумраспылительные сушилки. Совместное использование вакуума и распыления продукта под давлением резко увеличивает влагосъем на 1 м³ камеры испарения по сравнению с атмосферными распылительными сушилками. Другим интенсивным способом сушки жидкотекучих материалов является сушка во встречных струях. В таких сушилках создаются условия для интенсивного теплои массообмена, в 5−10 раз большего по сравнению с другими распылительными сушилками за счет локальных вихреобразований и сепарации капель по фракциям под действием центробежной силы (см. гл. 10).

При небольшом расходе сточных вод сушку можно провести в однои двухвальцовых сушилках. Основным рабочим элементом таких сушилок являются вращающиеся полые вальцы, обогреваемые водяным паром, поступающим через цапфы. Вальцы опущены в ванны с исходным раствором. Твердый слой кристаллического материала, который образуется на горячей поверхности вальца, удаляют при помощи скребка или ножа.