Сушилни инсталации

НакраткоСп. Инженеринг ревю - брой 6, 2008

Видове влажни материали и влага, специфики на сушилни инсталации за късови материали

 

    ушенето, както е известно, е топло- и масообменен технологичен процес на частично или пълно отстраняване на влагата, съдържаща се в даден материал, който е в твърдо или течно агрегатно състояние. Целта на сушенето е да се подобрят качествата на материала - да се намали обемната му маса, да се повиши здравината му и съответно да се увеличат възможностите за използването му. Принципно, влагата в материала би могла да се намали чрез механичен натиск или чрез нагряване на материала. Сушилните процеси, обаче, се осъществяват само при нагряване. Сушилните инсталации намират широко приложение в различни отрасли на промишлеността. Използват се в химическата и дървообработващата промишленост, в селското стопанство за сушене на плодове, зеленчуци и билки и др.

Характеристики на видове влажни материали
Сред най-често подлаганите на сушене материали са твърди тела, състоящи се от твърд скелет и влага. По тази причина те се наричат влажни материали. Разнообразието на влажни материали е голямо, но въпреки това те могат да се разпределят в класове в зависимост от вида на сухия скелет и начина, по който влагата е свързана с него. Според вида на сухия скелет, материалите се определят като непорести, капилярно-порести, колоидни капилярно-порести.
Непорести материали. Като такива се определят материалите, при които сухият скелет представлява множество от колоидни частици. По-голямата част от тези материали са високомолекулни съединения. Вътрешното пренасяне на влагата при тях се определя от закономерностите на движението на молекулите на влагата между молекулите на сухия скелет.
За част от материалите, спадащи към тази група, е характерно значително свиване при отделяне на влагата. Типични представители на групата са например желатинът, полистиролът, целулозният ацетат и др. При друга част от материалите не се наблюдава свиване. Пример за подобни материали са полиетиленът, полипропиленът, поликарбонатът и др.
Капилярно-порести материали. Както би могло да се заключи от наименованието им, при тях сухият скелет включва капиляри и пори. Пренасянето на влагата се извършва чрез движението й в порите и капилярите. Характерно за тези материали е, че при отделянето на влагата се наблюдава леко свиване. Те стават трошливи и посредством механично въздействие могат да бъдат доведени до прахообразно състояние. Също така, в процеса на сушене част от материалите променят структурата си. Пример за подобен материал е дървесината. При други материали, например силикагела и активния въглен, структурата не се променя.
Колоидно капилярно-порести материали. Материалите, спадащи към тази група, имат основните свойства, както на непорестите, така и на капилярно-порестите материали. Стените на капилярите им са непроницаеми, еластични и при поглъщане на влага набухват. Такива са по-голямата част от материалите с растителен и животински произход - например зърнести храни, плодове, колбаси, текстил и др.

Връзка между влагата и скелета
Както вече бе посочено, влагата е свързана със сухия скелет. За да се отдели тя, е необходимо да се разруши връзката между нея и скелета, което се реализира чрез влагането на допълнителна енергия. В зависимост от здравината на връзката се различават следните видове влага - химически свързана, физико-химически свързана, физико-механично свързана и механично свързана.
Химически свързана е влагата, включена в молекулите на веществото. Отделянето й би могло де се извърши единствено чрез химична реакция. Енергията, която се влага при термично сушене, не е достатъчна за отделяне на влагата. Поради това, този вид влага не се отчита в сушилните процеси.
Физико-химически свързана е влагата, здраво свързана с колоидните частици. Тази връзка е толкова силна, че променя някои от свойствата на влагата. Например, физико-химически свързаната вода има температура на замръзване -32 оС.
Физико-механично свързаната влага се намира в капилярите на материала. В сравнение с физико-химически свързаната влага, тук връзката е по-слаба.
Механично свързана е влагата, проникнала в материала или полепнала по повърхността му при непосредствено намокряне. Връзката между влагата и материала в този случай е най-слаба и би могла да се отдели чрез механично въздействие.

Относителна и абсолютна влажност, влагосъдържание
Приема се, че масата на влажния материал е равна на сумата от масата на сухата част Мс и масата на влагата Мвл т.е. М = Мс + Мвл. За да се представи относителното съдържание на влага в материала, се използват три основни показателя - относителна влажност, абсолютна влажност и влагосъдържание.
Относителната влажност е позната още като влажност на обща маса. Изразява се като процентното отношение между масата на влагата Мвл и общата маса на влажния материал М 
wo = (Мвл/М)100%.
Абсолютната влажност, или наричана още влажност на суха маса, е процентното отношение между масата на влагата Мвл и масата на сухата част Мс
wа = (Мвл/Мс)100%.
Влагосъдържанието се дефинира като отношение между масата на влагата Мвл и масата на сухата част на материала Мс
u = Мвл/Мс.

Класификация на сушилните инсталации
Сушилните инсталации се класифицират на основата на различни признаци. Сред най често използваните са налягането на сушилния агент, състоянието на влажния материал, формата на твърдите материали, начина на подаване на топлината.
В зависимост от налягането на сушилния агент, инсталациите се определят като сушилни с атмосферно налягане и вакуум сушилни. Според състоянието на влажния материал се разделят на сушилни, предназначени за твърди материали, разтвори, пасти и суспензии. В зависимост от формата на твърдите материали се разделят на сушилни за прахообразни и зърнести материали, както и за листови материали. На базата на начина, по който се изпълнява сушилният процес във времето, се класифицират като сушилни с непрекъснато действие и сушилни с прекъснато периодично действие. В зависимост от начина на подаване на топлина към материала, сушилните инсталации се делят на конвективни, контактни и радиационни.

Видове сушилни според подаването на топлина
Конвективните сушилни са сред най-разпространените в практиката. При тях сушилният агент се загрява, преди да постъпи в сушилната камера, и по конвективен път пренася топлинната енергия до влажния материал. Следователно сушилният агент се явява и енергоносител, което превръща този вид сушилни в предпочитан вариант. Като сушилен агент, в зависимост от влажния материал, може да се използват въздух, пара, инертни газове и др. Въздухът е сред най-често използваните сушилни агенти. В случаите, в които не се допуска съприкосновение на влажния материал с кислорода от въздуха или се отделят огнеопасни пари при сушенето, като сушилен агент е препоръчително да се използват инертни газове или прегрята водна пара.
Контактните сушилни са предпочитан избор при сушенето на материали, които имат удобни контактни повърхности - хартия, платове или течни вещества. При този вид сушилни топлинната енергия се подава на материала посредством нагрята повърхност, с която той контактува.
Радиационни сушилни инсталации. При радиационните сушилни пренасянето на топлинната енергия до материала се осъществява посредством лъчист поток. За тази цел определени повърхности в сушилната камера, наречени излъчватели, се нагряват до висока температура и облъчват влажния материал. Например, при високочестотните с




ЕКСКЛУЗИВНО
Top