Введение
Сушка – это процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалу тепла. Целью сушки является улучшение качества материала (снижение его объемной массы, повышение прочности) и, в связи с этим, увеличение возможностей его использования. В химической промышленности, где технологические процессы протекают в основном в жидкой фазе, конечные продукты имеют вид либо паст, либо зерен, крошки, пыли. Это обусловливает выбор соответствующих методов сушки.
В керамической промышленности для обезвоживания шликеров в основном применяют два способа: механический и термический. Механический способ обезвоживания основан на процессе фильтрования суспензии через тканевый фильтр под давлением 0,5 – 1,5 МПа. Обезвоживание производят в камерных и рамных фильтр – прессах периодического действия, а также в автоматических камерных фильтр – прессах циклического действия. Основным недостатком данного способа является относительно высокая влажность осадка (19–25%). Поэтому для получения из осадка пресс – порошка необходимы последующие сушка и помол, что значительно усложняет технологический процесс.
Термический способ обезвоживания материала основан на процессах тепло-массообмена, в результате которых из материала испаряется влага. Сушку керамической суспензии проводят в башенных распылительных сушилках и сушильных барабанах.
К основным преимуществам получения пресс–порошка в распылительной сушилке следует отнести стабильный гранулометрический состав и постоянную влажность готового материала, а также простоту конструкции сушилки и возможность автоматизации процесса сушки. Поэтому распылительные сушилки нашли широкое распространение в керамической промышленности в производстве облицовочных, фасадных плиток и плиток для полов.
Основным сырьем для производства керамических плиток являются глинистые материалы (глины и каолины) и кварцевый песок, причем содержание глинистых компонентов в массах составляет не менее 45–50%, в том числе глин – не менее 30%.
Решающее влияние на технологические свойства глин, применяемых для керамических изделий, имеет их минералогический состав. Минералогический состав глин очень разнообразен, что объясняется различным содержанием основных глинистых минералов (каолинита, гидрослюды, монтмориллонита, смешанослойных образований) и различными сочетаниями их.
В производстве пресс-порошков для керамических плиток используют распылительные сушилки. Это позволило исключить из технологического процесса в качестве самостоятельных операций помола и грануляции массы. Использование распылительных сушилок, кроме того, позволяет сократить потери массы и добиться получения пресс-порошка стабильного гранулометрического состава, постоянной в определенных пределах влажностью, шарообразной формой частиц, а, следовательно, и хорошей сыпучестью.
Процесс получения пресс-порошка в распылительных сушилках может быть полностью механизирован, что позволяет легко включать их в автоматические производственные линии.
Простота конструкций, высокие технико-экономические показатели распылительных сушилок и технологические свойства получаемого в них пресс-порошка обеспечили широкое их внедрение в промышленность.
Сушка влажных материалов является комплексным процессом, включающим перенос тепла и влаги внутри материала и обмен энергией (теплом) и массой (влагой) поверхности материала с окружающей средой (агентом сушки).
В распылительных сушилках, высушивая шликер, получают порошок материала. Для этого в сушильной камере шликер тем или иным способом диспергируют (распыляют) в виде капель, которые, перемещаясь в камере, омываются подаваемым в нее агентом сушки и высушиваются до определенной влажности вследствие разности парциальных давлений паров жидкости на поверхности капель и в агенте сушки. Поэтому достаточная степень диспергирования шликера является одним из важнейших факторов интенсивной работы распылительных сушилок, т. к. от нее зависит величина поверхности распыления шликера и, соответственно, скорость процессов тепло- и массообмена при сушке.
Перед другими способами сушки шликерных масс сушка их в диспергированном состоянии отличается значительной скоростью процесса благодаря большой поверхности взаимодействия распыленного материала с агентом сушки.
В распылительных сушилках диспергирование шликера может осуществляться за счет кинетической энергии шликера (механическое распыление) или кинетической энергии газа (пневматическое распыление).
К механическим распылителям относятся струйные и центробежные форсунки, быстровращающиеся центробежные диски и ультразвуковые распылители, а к пневматическим – различной конструкции газовые и паровые форсунки.
В распылительных сушилках, предназначенных для сушки керамических шликеров, используются распылители в виде вращающихся дисков и механических форсунок.
1. Краткое описание распылительной сушилки
Распылительная сушилка включает сушильную камеру, газооборудование, вентиляционную систему, систему подачи суспензии, КИП и автоматику.
Сушильная камера представляет собой сварную из 4–5 мм металлического листа башню, перекрытую металлической крышкой. Днище камеры выполнено в виде конусного бункера и приварено к корпусу. В производстве керамических плиток для корпуса используется нержавеющая сталь типа Х13 или Х25Т. Снаружи боковая и верхняя поверхность корпуса изолирована минераловатыми плитами толщиной 200 мм, а днище – минераловатыми плитами толщиной 60–100 мм. покровным слоем теплоизоляции служит тонколистовой металл – алюминий либо оцинкованная сталь. Днище камеры заканчивается центральным отверстием для выпуска порошка. К отверстию крепится течка с лепестковым затвором, уменьшающим подсосы воздуха. В крышке сушильной камеры устроен взрывной клапан в виде мембраны из асбестового картона толщиной 10 мм. Для наблюдения за работой горелок и форсунок в стенах сушильной камеры имеются люки со смотровыми окнами и устройства для освещения рабочего пространства. Снаружи на конусном днище смонтирован один или несколько стандартных вибраторов с возмущающей силой не более 1000 Н. Вибраторы предназначены для кратковременного включения при «зависании» порошка на днище.
Для сжигания газа в стенах сушильной камеры, примерно в середине по высоте, равномерно по периметру установлены газовые горелки. В конусном днище установлен вытяжной зонт для удаления отработанных газов. Вытяжной патрубок зонта подключен к пылеулавливающему циклону, который, в свою очередь, соединен с отсасывающим вентилятором. Сечение зонта 1–2,5 м, что обеспечивает небольшой (не более 2–4%) вынос материала с отходящими газами. Сушилка оборудована системой контрольно-измерительных приборов, показывающих температуру и разрежение в верхней части сушильной камеры, в выгрузочном конусе, до и после циклонов. Контролируются также давление газа и давление суспензии в нагнетающем трубопроводе. Для распыления суспензии служат механические тангенциальные форсунки, работающие при давлении 10–12 атм. Диаметр сопел форсунок 2,1 или 1,5 мм.
Форсунки с соплами небольшого диаметра быстрее засоряются. Поэтому большое внимание уделяется очистке суспензии. При совместном помоле пластичных и отощающих материалов суспензию при сливе из мельницы пропускают через вибрационное сито с 400 отв/см2 и при перекачке в расходный бассейн через сито с 900 отв/см2. Соблюдение правил приготовления суспензии и исправность системы ее очистки практически исключают засорение сопел.
Конструктивно распылительная сушилка включает в себя сушильную камеру с днищем и системы: подачи и распыления суспензии, теплообеспечения, отбора и очистки отработанных газов, КИП и автоматики, а также конструкционно-строительные элементы.
В соответствии с ГОСТ 18906–80 распылительные сушилки общего назначения в зависимости от способа распыления суспензии подразделяются на два типа:
РФ – распылительные сушилки с распылением исходного материала механическими или пневматическими форсунками;
РЦ – распылительные сушилки с распылением исходного материала центробежными форсунками.
Исполнение сушилок может быть: Н – невзрывозащищенное, В-взрывозащищенное, П – с устройством пожаротушения.
Для изготовления конструкционных элементов сушилки, соприкасающихся в процессе эксплуатации с получаемым порошком или исходной суспензией, могут использоваться материалы следующих групп: У – углеродистые стали и чугун, К – корозионностойкие стали и сплавы, Т – титан и его сплавы, М – цветные сплавы, Э – эмали.
Указанный стандарт устанавливает 6 модификаций распылительных сушилок в зависимости от их конструктивных признаков (места расположения распылителя и подвода теплоносителя, конструкции днища):
1 – с нижним подводом теплоносителя, коническим днищем и расположением распылителя вверху сушильной камеры;
2 – с верхним подводом теплоносителя, коническим днищем и расположением распылителя вверху сушильной камеры;
3 – с верхним подводом теплоносителя, коническим днищем и расположением распылителя внизу сушильной камеры;
4 – с верхним подводом теплоносителя, плоским днищем и расположением распылителя вверху сушильной камеры;
5 – с верхним подводом теплоносителя, плоским днищем и расположением распылителя внизу сушильной камеры;
6 – с нижним и верхним подводом теплоносителя, коническим днищем и расположением распылителя вверху сушильной камеры.
Основным недостатком сушилок с верхней подачей суспензии является значительная разница во влажности крупных и мелких гранул, в результате чего крупные частицы прилипают к конусному днищу и препятствуют равномерному выходу порошка из сушилки. При нижней подаче суспензии влажность порошка на различном расстоянии от оси сушилки практически совпадает со средней. Отмеченные недостатки сушилок с верхней подачей суспензии устранены в сушилках с нижней подачей.