Сушилни инсталации

Технология на сушенето

Сушенето е един от най-разпространените в природата и промишлеността процеси. То намира широко приложение в химическата, хранителната промишленост, металургията, дървопреработвателната, селскостопанската и редица други промишлености и отрасли. Много често сушенето е основна технологична операция, която определя не само качеството на готовата продукция, но и технико-икономическите показатели на производството като цяло, тъй като за отделяне на влагата от влажни материали е необходимо да се изразходва значително количество енергия. Така например във Великобритания годишния разход на гориво е около 5 млн. t въглища, а в Русия – 12…15% от годишната консумация на гориво.

Сушенето е процесът на получаване на сух продукт чрез отделяне на влага от твърди, пастообразни или течни материали. Най-общо под понятието влага се разбира всяка течност, която намокря суха субстанция. Обикновено чрез процеса сушене се отделя водата, съдържаща се във влажните тела, поради което понятията сушене и обезводняване се отъждествяват, макар че първото от тях е по общо.

При сушене масата на веществата намалява значително, което води до понижаване на транспортните разходи и намаляване нуждата от складови помещения.

От енергийна гледна точка са възможни два принципно различни начина за обезводняване:

-отделяне на водата от материала без изменение агрегатното и състояние (във вид на течност);

-отделяне на влагата след изменение на агрегатното и състояние във вид на пара, течност или кристали.

Изборът на начина на сушене зависи от формата и енергията на свързване на водата и материала.

По първия принцип може да се отдели свободната вода. Чрез механично въздействие – пресуване, филтриране, центрофугиране или чрез контактен масообмен между влажното тяло и тяло с по-нисък потенциал на пренасяне, влагата от влажните материали може да се извлече във вид на течност т.е. без да измени агрегатното си състояние. В случая енергията се изразходва основно за преодоляване на хидросъпротивлението и за деформиране на твърдия скелет на тялото. Енергийните разходи за осъществяване на процеса са значително по-малки от разходите за сушене по втория принцип.

Вторият принцип на сушене е т.нар. топлинно сушене и се прилага за отделяне както на свободната, така и на свързаната вода. Чрез внасяне на енергия водата от течно или твърдо състояние се довежда до парообразно и се отделя в околната среда. При подсушаване на газове чрез отвеждане на енергия се предизвиква кондензация на парите, като свързващите се с тях, водни капки или кристали се отделят механично от газа. И в двата случая отделянето на вода се предшества от фазов преход. В по - голямата част от случаите, енергията необходима за изменението на агрегатното състояние, се внася отвън.

В зависимост от начина на подвеждане на енергията, сушенето бива конвективно, кондуктивно, радиационно, сушене в електрическо поле с висока и свръх висока честота, в акустично поле, комбинирано сушене.

При конвективното сушене енергията необходима за процеса се внася директно от топлоносителя – газ или течност във влажния материал по конвективен начин. Физичната същност на процеса конвективно сушене е дифузията на водните пари от повърхността на влажното тяло към топлоносителя в резултат на разликата на потенциалите на масопренасяне на водната пара в двете среди – т.нар. външен масообмен. Интензивността на влагоотделянето от повърхността на тялото се обуславя от скоростта на придвижване на влагата в материала – т.нар. вътрешен масообмен. Кинетичните коефициенти, които определят интензивността на вътрешното влагопренасяне при дадена движеща сила на масообмена, зависят от термодинамичните параметри на влажния материал и от формата на свързване на водата с материала. Кинетиката на влагоотделянето, както и динамиката на развитие на температурното и влажностното поле във влажния материал до голяма степен определят технологичните качества на изсушения материал.

При кондуктивното сушене енергията, необходима за процеса, се подвежда кондуктивно чрез контактен топлообмен между влагата и нагрятата повърхност, а при радиационното - чрез лъчист топлообмен между тялото и генератор на лъчиста енергия в инфрачервената област на електромагнитния спектър.

За високата плътност на енергийните потоци към повърхността на влажното тяло определяща е ролята, която играят градиентите на температурата и общото налягане върху интензивността и посоката на вътрешното влагопренасяне.

Спецификата на топло - и масообменните процеси при сушене, провеждано в електрично поле на ток с висока и свръхвисока честота, както и в акустично поле, се обуславя от обемното провеждане на енергията към сушимото.

Целесъобразното комбиниране на различни методи на подвеждане на енергия дава възможността да се създадат сушилни уредби с високи технологични и технико - икономически показатели.

В случаите, когато при сушенето трябва да се отдели голямо количество свободна влага и обектът на сушене го позволява, икономически оправдано е комбинирането на топлинното сушене с предварителното концентриране по механичен път чрез изпаряване в многостепенни изпарителни уредби или чрез физико - химически процеси – коагулация, кристализация и др.