Сушка дисперсных материалов (низкотемпературные технологии)

Тепловая сушка является составной частью многих технологий и потребляет около 12 % ТЭР в промышленности и сельском хозяйстве. Такой объем энергопотребления обусловлен как широкой распространенностью этого технологического процесса, так и низкой его энергоэффективностью (30-35 %) [9].

Наиболее распространена конвективная сушка дисперсных материалов (рис. 4.1).

Доля основных типов сушильных установок, используемых в России

Рис. 4.1. Доля основных типов сушильных установок, используемых в России

Технологические процессы, включая конвективную тепловую сушку (КТС), состоят их трех основных стадий:

  • 1) подготовительной - подготовка сушильного агента и обрабатываемого (осушаемого) материала;
  • 2) основной - сушка материалов в сушильных камерах;
  • 3) заключительной - утилизация В ЭР, улавливание пыли и др.

На подготовительной стадии энергоэффективность можно увеличить за счет предварительного нагревания, пенообразования, дробления, воздействия поверхностно-активных веществ, виброобработки, совершенствования тепловых генераторов и др. На второй (основной) стадии эффективность процесса во многом определяется скоростью подвода теплоты к осушаемому материалу, скоростью передачи теплоты в глубь материала и интенсивностью его перемешивания.

На заключительной стадии снизить теплопотребление можно в основном за счет утилизации теплоты уходящих газов и высушенного материала с помощью теплообменных аппаратов для нагрева воздуха, подаваемого в топочную камеру, теплофикационной или технологической воды, предварительного нагрева высушиваемого материала (рис. 4.2).

Укрупненная классификация энергосберегающих мероприятий в сушильных установках

Рис. 4.2. Укрупненная классификация энергосберегающих мероприятий в сушильных установках

Как следует из рис. 4.2, все энергосберегающие мероприятия можно разделить на 3 группы: энергосберегающие технологии, кинетические и теплотехнологические способы повышения энергоэффективности.

Первая группа энергосберегающих технологий основана на выборе рациональной теплотехнологической схемы установки, параметров режима сушки, выявлении В ЭР (паров растворителя, водяного пара атмосферного давления и др.), на их утилизации в том же самом (регенеративное энергоиспользование) или другом (внешнее энергоиспользование) технологическом процессе и на использовании солнечной и ветровой энергии для сушки материалов растительного происхождения и др.

Реализация этих мероприятий требует, как правило, создания утилизационного или технологического оборудования. В этом случае достигаемая экономия постоянных затрат энергии уменьшается за счет увеличения расхода других ресурсов.

Соотношение непроизводительных затрат энергии в конвективных сушильных установках при использовании названных методов энергосбережения приведено на рис. 4.3.

Традиционное распределение нерациональных энергетических затрат

Рис. 4.3. Традиционное распределение нерациональных энергетических затрат

Эффективность энергопотребления в конвективных сушильных установках можно повысить благодаря рециркуляции части сушильного агента.

Вторая группа методов предусматривает:

  • • интенсификацию внешнего тепло- и массообмена (повышение температурного напора и интенсивности массообмена, коэффициента теплоотдачи к осушаемому материалу, увеличение поверхности тепло- и масообмена и т. д.);
  • • интенсификацию внутреннего тепло- и массообмена (повышение температуры материала в первом периоде сушки, использование электрических, магнитных и звуковых внешних полей, использование ПАВ и т. д.);
  • • кинетическую оптимизацию (управление профилем скорости, температуры и влагосодержания сушильного агента на входе в установку, линеаризация кинетики сушки изменением формы сушильной камеры, активизация процесса взаимодействия сушильного агента и материала).

К третьей группе методов, касающихся сушильной установки в целом, относят:

  • • теплотехнические: выбор тепловой схемы, управление конечным влагосодержанием сушильного агента и оптимизация режимов сушки: температуры, скорости и влагосодержания сушильного агента, коэффициентов рециркуляции и т. д.;
  • • конструктивно-технологические: оптимизация числа зон промежуточного подогрева сушильного агента, выбор направления взаимного движения сушильного агента и материала, совершенствование систем подвода теплоты, улучшение аэродинамики в сушильной камере и т. д.

Возможные схемы реализации потенциала энергосбережения за счет утилизации отходящей теплоты приведены на рис. 4.4а и 4.46.

а. Схема сушильного агрегата для Т < 180-220 °С

Рис. 4.4а. Схема сушильного агрегата для Т < 180-220 °С: 1 - подогреватель сушильного агента; 2 - сушильная камера; 3 - линия рециркуляции; 4 - камера смешения

Схема сушильного агрегата для Т > 180 °С

Рис. 4.46. Схема сушильного агрегата для Т > 180 °С:

  • 1 - подогреватель сушильного агента; 2 - сушильная камера;
  • 3 - линия рециркуляции; 4 - камера смешения; 5 - рекуператор

Однако наибольший эффект дает не утилизация теплоты, а сокращение потерь теплоты уходящего сушильного агента. Следует иметь в виду, что при температурах сушильного воздуха выше 180-200 °С интенсивность испарения в воздух с повышенным влагосодержанием выше, чем в сухой. Это приводит к неоднозначным решениям по энергосбережению: при t < 180-220 °С выгодна схема рис. 4Аа, при t > 180 °С - схема рис. 4.46, требующая установки дополнительного утилизационного рекуператора. Наибольший энергосберегающий эффект дает устранение неравномерности распределения параметров сушильного агента по поперечному сечению сушильной камеры.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >