Сушка

Сушка (далее С), высушивание, удаление жидкости (обычно влаги) из твердых, жидких и газообразных тел. При С удаляется, как правило, влага, связанная с материалом физико- (адсорбционно и осмотически) и механически (влага макро и микрокапилляров); связанная влага не может быть удалена путем С Цель С — сохранение физико- свойств материалов, обеспечение во многих случаях сохранности материалов на продолжит. период, а также исключение перевозки балласта. В технике наиболее распространена С влажных твердых 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 твердого материала с повышением температуры возрастает и пары диффундируют в поток сушильного агента. Возникающий при этом градиент концентрации влаги в материале заставляет ее перемещаться из глубинных слоев к поверхности со скоростью, зависящей от характера связи влаги с материалом. При естественной С в отсутствие принудительного движения сушильного агента (свободное испарение) процесс идет медленно; он ускоряется при обтекании высушиваемого материала потоком подогретого сушильного агента, то есть при искусственной С Ниже рассматривается С только искусственная с применением различного типа сушилок.   Выбор условий С (температура, давление, скорость движения сушильного агента и др.) зависит от физико- свойств высушиваемого материала: склонности к сокращению в объеме (дерево), образованию плотной корки на поверхности (некоторые 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 электрического поля высокой частоты); радиационные (высушивание под действием инфракрасного излучения).   Широкое промышленное 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 температуры, движется в сушилке, непосредственно соприкасаясь с высушиваемым материалом (пищевыми продуктами, медицинскими препаратами, соединениями и др.). 0тличительная особенность этого варианта — однократный нагрев и однократное использование сушильного агента.   При С термически нестойких материалов (например, полиэтилена) сушильный агент только частично нагревается в основном калорифере и вводится в сушильную камеру при допустимой для высушиваемого материала температуре. Остальное необходимое для С тепло агент получает в дополнительных калориферах, установленных в сушильной камере.   Для С некоторых материалов (древесины, заформованных керамических изделий и пр.) часто применяются сушилки с возвратом (рециркуляцией) части отработанного воздуха (рис. 1, б). Этим достигается уменьшение перепадов температуры 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 ( удобрения, серный колчедан, а также зерно, см. Зерновая сушилка) (рис. 2) — представляют собой цилиндр с внутренней 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 несколько последовательно соединенных 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 легкостью автоматизации, эти сушилки нашли широкое применение в 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 температура поверхности частиц, даже при высокой температуре сушильного агента, близка к температуре адиабатического испарения чистой жидкости. Высушиваемый материал (в виде эмульсий, суспензий, растворов) распыляется механическими или пневматическими форсунками. Сушилки снабжаются аппаратами для улавливания уносимых частиц высушиваемого материала.   Ленточные — для сыпучих и волокнистых материалов (искусственные 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 перекрестном токе.   Контактные (например, вальцовые) — для С жидких и пастообразных материалов (ксантогенаты щелочных металлов и др.) под атмосферным давлением или вакуумом. Используются одно- или двухвальцовые сушилки; основной частью этих сушилок являются медленно вращающиеся (2—10 об/мин) вальцы, в которые 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 медицинских препаратов (антибиотиков, плазмы крови и др.) с сохранением основных биологических 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 температуре около 0 °С   В камере испаряется основная часть влаги (60—85% от общего содержания), остальная влага удаляется тепловой вакуум-сушкой (при температуре 30—45 °С). Теплота, необходимая для С, подводится к материалу от нагретых поверхностей или радиацией от нагретых экранов. При сублимационной С отсутствует окислительное действие воздуха, не изменяются размеры продукта, что позволяет получать продукты высокого качества, приближающиеся по органолептическим показателям и содержанию витаминов, пахучих и других веществ к свежим.   Высокочастотные — главным образом для С материалов, обладающих большим сопротивлением внутреннему 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 температуры и влажности по всему объему материала. Под действием высокочастотного электрического поля ионы и электроны в материале меняют направление движения синхронно с изменением знака заряда пластин конденсатора, дипольные молекулы приобретают вращательное движение, а неполярные молекулы поляризуются за счет смещения их заряда. Эти процессы, сопровождаемые внутренним трением, приводят к тепловыделению и нагреванию высушиваемого материала. С применима для пластмасс, резиновых изделий и др. материалов, обладающих диэлектрическими свойствами.   С твердых материалов широко применяют в пищевой, бумажной, деревоотделочной, строительных материалов, кожевенной, текстильной и других отраслях промышленности. В литейном производстве С используется для упрочнения литейных форм и стержней и придания им необходимых физико-механических свойств, а также удаления избытка влаги из красок и натирок, наносимых на их поверхность. С жидкостей производят осушающими веществами, не взаимодействующими с осушаемыми жидкостями ( ангидрид, концентрированная серная кислота, безводный и др.), связывающими воду.   С газов (воздуха, топочных газов) производят преимущественно абсорбционным и адсорбционным методами. Абсорбционный способ (см. Абсорбция) основан на поглощении (растворении) влаги из газов жидкими растворителями (абсорбентами), не взаимодействующими с высушиваемым газом. Абсорбентами служат главным образом растворы диэтиленгликоля, триэтиленгликоля, глицерина, едких щелочей и др. (применение ограничено вследствие коррозионного воздействия на аппаратуру). Технологические 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 твердыми веществами с высокой пористостью — адсорбентами: бокситами, алюмогелем, силикагелем, искусственными 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 путем продувки слоя насыщенного адсорбента потоком горячего газа или перегретого водяного пара.   Применяют также способы С газов, основанные на конденсации или вымораживании влаги при понижении температуры; 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 путем охлаждения благоприятно влияет повышение давления.   Для С газов иногда используют их контакт с твердыми гигроскопическими веществами (в частности, едким 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., С в промышленности, М., 1970: Кришер О., Научные основы техники сушки, пер. с нем., М., 1961; Лыков А. В., Теория сушки, 2 изд., М., 1968; Романков П. Г., Рашковская Н. Б., С во взвешенном состоянии, 2 изд., Л., 1968: Касаткин А. Г., Основные процессы и аппараты технологии, 9 изд., М., 1973; Герш С Я., Глубокое охлаждение, 3 изд.. ч. 1—2, М.— Л., 1957— 1960; Гуйго Э. И., Журавская Н. К., Каухчешвили Э. И., Сублимационная сушка в пищевой промышленности, 2 изд., М., 1972.   В. Л. Пебалк.