СУШКА

СУШКА высушивание, удаление
жидкости (обычно влаги) из твёрдых, жидких и газообразных тел. При С. удаляется,
как правило, влага, связанная с материалом физико-химически (адсорбционно
и осмотически) и механически (влага макро- и микрокапилляров); химически
связанная влага не может быть удалена путём С. Цель С.- сохранение физико-хим.
свойств материалов, обеспечение во мн. случаях сохранности материалов на
продолжит, период, а также исключение перевозки балласта. В технике наиболее
распространена С. влажных твёрдых материалов при их подготовке к переработке,
использованию или хранению. С. этих материалов-процесс, сопровождающийся
тепло- и массообменом между сушильным агентом (воздух, топочные газы и
др.) и влагой высушиваемого материала. Давление паров жидкости на поверхности
твёрдого материала с повышением темп-ры возрастает и пары диффундируют
в поток сушильного агента. Возникающий при этом градиент концентрации влаги
в материале заставляет её перемещаться из глубинных слоев к поверхности
со скоростью, зависящей от характера связи влаги с материалом. При естественной
С. в отсутствие принудит, движения сушильного агента (свободное испарение)
процесс идёт медленно; он ускоряется при обтекании высушиваемого материала
потоком подогретого сушильного агента, т. е. при искусств. С. Ниже рассматривается
С. только искусственная с применением различного типа сушилок.

Выбор условий С. (темп-pa, давление,
скорость движения сушильного агента и др.) зависит от физико-хим. свойств
высушиваемого материала: склонности к сокращению в объёме (дерево),
образованию плотной корки на поверхности (нск-рые соли), повышению
хрупкости, термостойкости (бумага) и др.

По способу подвода тепла сушилки
бывают: конвективные (высушиваемый материал омывается потоком предварительно
нагретого сушильного агента); контактные (непосредственный контакт
высушиваемого материала с нагреваемой поверхностью); сублимационные
(удаление влаги в замороженном состоянии под вакуумом); высокочастотные
(удаление влаги под воздействием электрич. поля высокой частоты); радиационные
(высушивание под действием инфракрасного излучения).

Широкое пром. применение получили
конвективные сушилки различных конструкций (камерные, барабанные, пневматические,
с кипящим слоем, распылительные и пр.). В основном варианте конвективной
сушилки (рис. 1,а) сушильный агент, предварительно нагретый в калорифере
до максимально допустимой темп-ры, движется в сушилке, непосредственно
соприкасаясь с высушиваемым материалом (пищ. продуктами, мед. препаратами,
хим. соединениями и др.). Отличительная особенность этого варианта
- однократный нагрев и однократное использование сушильного агента.

При С. термически нестойких материалов
(напр., полиэтилена) сушильный агент только частично нагревается
в основном калорифере и вводится в сушильную камеру при допустимой для
высушиваемого материала темп-ре. Остальное необходимое для С.
тепло
агент получает в дополнит, калориферах, установленных в сушильной камере.

Рис. 1. Схема конвективных сушилок;
а
-
основной вариант; б - с рециркуляцией части отработанного воздуха;
А -сушильный агент; П - греющий пар; М - высушиваемый материал; 1 - вентилятор;
2 - калорифер; 3 - сушильная камера.

Рис. 2. Барабанная сушилка прямого
действия: 1 - циклон; 2 - вентилятор; 3 - разгрузочная камера;
4
- шнек; 5 - бандажи; б - опорные ролики; 7 - привод; 8 -
зубчатый
венец; 9 - винтовые лопасти; 10 - внутренняя насадка; 11-
барабан; 12 - питатель.

Для С. нек-рых материалов (древесины,
заформованных керамич. изделий и пр.) часто применяются сушилки
с возвратом (рециркуляцией) части отработанного воздуха (рис. 1,
б).
Этим
достигается уменьшение перепадов
темп-ры и влагосодержания воздуха на входе и выходе из сушилки и более
равномерная сушка. Для С. огне- и взрывоопасных материалов или при удалении
из высушиваемого материала ценных продуктов (спирты, эфиры и пр.) применяются
сушилки с замкнутой циркуляцией потока инертных газов или воздуха. В
зависимости от назначения используются сушилки различных конструкций.

Барабанные - для С. мелкокусковых
и сыпучих материалов (азотные удобрения, серный колчедан, хлорид калия,
а также зерно, см. Зерновая сушилка) (рис. 2) - представляют
собой цилиндр с внутр. насадкой для пересыпания и перемешивания материала
с целью улучшения его контакта с сушильным агентом. Барабан устанавливается
либо горизонтально, опираясь бандажами на опорные ролики, либо с небольшим
наклоном (0,5-3°). Диаметр барабана может иметь 3500 мм,
а длина его равна 3,5-7 диаметрам. Барабан медленно вращается (0,5-8 об/мин).

Пневматические-для С. зернистых материалов
(угля, адипиновой кислоты и др.) потоком горячего сушильного агента
(рис. 3) - представляют собой одну или неск. последовательно соединённых
вертикальных труб. Высушиваемый материал перемещается по этим трубам потоком
сушильного агента, скорость которого превышает скорость витания наиболее
крупных кусков (обычно 10-40 м/сек). Вследствие кратковременности
контакта (1-5 сек) эта сушилка пригодна для термически нестойких
материалов даже при высокой температуре сушильного агента.

В сушилке с кипящим (псевдосжиженным)
слоем
достигается интенсивное перемешивание материала, ускоренный тепло- и массообмен,
благодаря чему сушильный агент можно использовать при повышенных температурах.
Сочетая
простоту устройства с высокой удельной производительностью и лёгкостью
автоматизации, эти сушилки нашли широкое применение в химической промышленности,
цветной металлургии (подробнее см. Кипящий слой и
Кипящего слоя
печь).

Распылительные - для С. жидких веществ
повышенной вязкости (молоко, кровь, альбумин и др.)<, распыляемых
в поток горячего сушильного агента (рис. 5). Благодаря большой удельной
поверхности распыленного материала процесс испарения влаги происходит интенсивно,
время С. мало (15-30 сек). При весьма быстрой С. темп-pa поверхности
-частиц, даже при высокой темп-ре сушильного агента, близка к темп-ре адиабатич.
испарения чистой жидкости. Высушиваемый материал (в виде эмульсий, суспензий,
растворов) распыляется механич. или пневматич. форсунками. Сушилки
снабжаются аппаратами для улавливания уносимых частиц высушиваемого материала.

Ленточные - для сыпучих и волокнистых
материалов (искусств, волокна и др. полимеров); высушиваемый
материал движется по бесконечной ленте (или на нескольких последовательно
расположенных лентах), натянутой между ведущим и ведомым барабанами
(рис. 4). С. осуществляется горячим воздухом или топочными
газами, движущимися вдоль лент или в перекрёстном токе.

Контактные (напр., вальцовые) -для
С. жидких и пастообразных материалов (ксантогенаты щелочных металлов и
др.) под атм. давлением или вакуумом.
Используются одно- или двухвальцовые сушилки; основной частью этих сушилок
являются медленно вращающиеся (2-10 об/мин) вальцы, в к-рые через
полую цапфу поступает греющий пар и от них отводится конденсат. Высушиваемый
материал поступает на вальцы, налипает на их поверхности тонким слоем (1
-2 мм), высушивается и срезается ножом. На рис. 6 показаны одновальцовая
и двухвальцовая вакуум-сушилки.

Сублимационные (см. Лиофилизация
и
Консервирование)
- для С. пищевых продуктов и мед. препаратов (антибиотиков, плазмы
крови и др.) с сохранением осн. биол. качеств материала. В этих сушилках
влага удаляется в замороженном состоянии под вакуумом (остаточное давление
6,65-332,5 Н/м² или 0,05-2,5 мм рт. ст.)
при темп-ре
ок. 0 °С.

Рис. 3. Пневматическая сушилка: 1
- бункер; 2 -питатель; 3 -труба; 4 - вентилятор; 5
- калорифер; 6 - сборникамортизатор; 7 -циклон; 8 - разгрузочное
устройство; 9 -фильтр.

Рис. 4. Ленточная сушилка: 1 -
камера сушки; 2 - бесконечная лента; 3 - ведущие барабаны;
4
- ведомые барабаны; б - калорифер; 6 - питатель; 7 -
опорные ролики.

Рис. 5. Распылительная сушилка: 1
-камера сушки; 2 - форсунка; 3 -- шнек для выгрузки высушенного
материала; 4 - циклон; 5 - рукавный фильтр; 6 - вентилятор;
7 - калорифер.

Рис. 6. Вакуум-сушилки: а - одновальцовая;
б
- двухвальцовая; 1 - полый барабан (валец); 2 - корпус;
3
-корыто;
4 - распределительный валик; 5 - ноле;
6
-шнек; 7
- приёмный колпак; 8 - сборник; 9 - вальцы;
10 - наклонные
стенки.

В камере испаряется осн. часть влаги
(60-85% от общего содержания), остальная влага удаляется тепловой вакуум-сушкой
(при темп-ре 30-45 °С). Теплота, необходимая для С., подводится к материалу
от нагретых поверхностей или радиацией от нагретых экранов. При сублимационной
С. отсутствует окислит, действие кислорода воздуха, не изменяются размеры
продукта, что позволяет получать продукты высокого качества, приближающиеся
по органолептич. показателям и содержанию витаминов, пахучих и др. веществ
к свежим. Высокочастотные - гл. обр. для С. материалов, обладающих большим
сопротивлением внутр. перемещению влаги (карандаши, тонкие литейные формы).
В этих сушилках токами ВЧ, создаваемыми специальными генераторами, высушиваемый
материал прогревается по всей толщине, что ускоряет процесс С. Возможно
регулирование темп-ры и влажности по всему объёму материала. Под действием
высокочастотного электрич. поля ионы и электроны в материале меняют направление
движения синхронно с изменением знака заряда пластин конденсатора, дипольные
молекулы приобретают вращат. движение, а неполярные молекулы поляризуются
за счёт смещения их заряда. Эти процессы, сопровождаемые внутр. трением,
приводят к тепловыделению и нагреванию высушиваемого материала. С. применима
для пластмасс, резиновых изделий и др. материалов, обладающих диэлектрич.
свойствами.

С. твёрдых материалов широко применяют
в хим., пищевой, бум., деревоотделочной, строит, материалов, кож., текст,
и др. отраслях пром-сти. В литейном произ-ве С. используется для упрочнения
литейных форм и стержней и придания им необходимых физико-механич. свойств,
а также удаления избытка влаги из красок и натирок, наносимых на их поверхность.
С. жидкостей производят осушающими
веществами, не взаимодействующими с осушаемыми жидкостями (фосфорный ангидрид,
концентрированная серная к-та, безводный хлорид кальция и др.), связывающими
воду.

С. газов (воздуха, топочных газов)
производят преим. абсорбционным и адсорбционным методами. Абсорбционный
способ (см. Абсорбция) основан на поглощении (растворении) влаги
из газов жидкими растворителями (абсорбентами), химически не взаимодействующими
с высушиваемым газом. Абсорбентами служат гл. обр. растворы диэтиленглпколя,
триэтиленгликоля, глицерина, хлорида кальция, едких щелочей и др. (применение
хлорида кальция ограничено вследствие коррозионного воздействия на аппаратуру).
Технологии,
схемы
С, газов абсорбционным способом включают абсорберы,
десорберы, а
также разнообразные теплообменные аппараты и насосы для перекачки растворов.

Адсорбционные способы (см. Адсорбция)
основаны
на поглощении влаги из газов твёрдыми веществами с высокой пористостью
- адсорбентами: бокситами, алюмогелем, силикагелем, искусств.
цеолитами
(молекулярные сита). Эти адсорбенты легко регенерируются и поглощают
практически от 3 до 12% влаги (по массе). Адсорбционные установки
для С. газов включают заполненные сорбентом адсорберы и теплообменную аппаратуру
(подогреватели и холодильники). Десорбция влаги (регенерация)
производится
путём продувки слоя насыщенного адсорбента потоком горячего газа или перегретого
водяного пара.

Применяют также способы С. газов,
основанные на конденсации или вымораживании влаги при понижении темп-ры;
они осуществляются в попеременно работающих теплообменниках, где газ охлаждается
водой или низкотемпературным хладоагентом (в последнем случае содержащаяся
в газах влага выпадает в виде снега или инея). На С. газов путём
охлаждения благоприятно влияет повышение давления.

Для С. газов иногда используют их
контакт с твёрдыми гигроскопич. веществами (в частности, едким кали или
едким натром); высушиваемые газы пропускают через аппараты, заполненные
поглотителем. С. газов часто предшествует их фракционированию методами
ректификации или парциальной конденсации (см. Газов разделение), транспортировке
горючих газов по трубопроводам и др.

Лит.: Лыков М. В., Сушка в
химической промышленности, М., 1970; К р ишер О., Научные основы техники
сушки, пер. с нем., М., 1961; Лыков А. В., Теория сушки, 2 изд., М., 1968;
Романков П. Г., Рашковская H. Б., Сушка во взвешенном состоянии, 2 изд.,
Л., 1968; Касаткин А. Г., Основные процессы и аппараты химической технологии,
9 изд., М., 1973; Г е р ш С. Я., Глубокое охлаждение, 3 изд., ч. 1-2, М.-
Л., 1957 -1960; Г у и г о Э. И., Ж у р а в с к а я H. К., Каухчешвили Э.
И., Сублимационная сушка в пищевой пром.ышленностн, 2 изд., М., 1972. В.
Л. Пебалк.