Выбор сушилок и сушительных аппаратов для полимеров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Введение

2. Выбор сушки и расчет  сушильного аппарата

3. Расчет сушилок.

4. Выводы

5. Литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Совершенствование техники  во всех отраслях хозяйства тесно  связано с широким применением  синтетических материалов. Использование  пластических масс, занимающих большое  место в этой группе материалов, способствует решению целого ряда технических  проблем во многих отраслях промышленности: машиностроении и приборостроении, радио- и электротехнике, легкой промышленности и т.д. Без применения полимеров  и полимерных композитов невозможно представить автомобиле- и приборостроение, мобильную связь, компьютеры, космическую  и авиационную промышленность .

Изделия из пластмасс легче, чем из других материалов (так как  плотность большинства полимеров  меньше, чем у металлов и керамики). Они требуют меньше затрат на обслуживание при эксплуатации, имеют хороший  товарный вид. Их обработка, окраска, отделка, металлизация менее трудоемки и  энергоемки, чем у других материалов. Менее трудоемка, чем других материалов также переработка пластмасс  в изделия. Полимеры и композиты - хорошие тепло- и электроизоляционные  материалы, обладают рядом ценных радиотехнических свойств, высокой химической стойкостью и сопротивлением ударным нагрузкам, в том числе при низких температурах. Однако к деталям предъявляются высокие требования по прочности на разрыв, изгиб, ударной вязкости. На них не допускаются трещины ,вмятины, царапины, механические повреждения, а поверхность должна быть ровной, гладкой, без вздутий, пустот, раковин, холодных спаев, недоливов .

Для получения качественных деталей, наряду с правильностью  технологии литья, важна подготовка материала — в том числе сушка. Процесс сушки полимеров является процессом переноса вещества и характеризуется такими показателями как, коэффициент диффузии, диффузионный поток, оптимальное время сушки.

Сушка - удаление жидкости (чаще всего влаги-воды, реже иных жидкостей, напр. летучих орг. р-рителей) из веществ и материалов тепловыми способами. Осуществляется путем испарения жидкости и отвода образовавшихся паров при подводе к высушиваемому материалу теплоты, чаще всего с помощью т. наз. сушильных агентов (нагретый воздух, топочные газы и их смеси с воздухом, инертные газы, перегретый пар). С. подвергают влажные тела: твердые-коллоидные, зернистые, порошкообразные, кусковые, гранулированные, листовые, тканые и др. (эта группа высушиваемых материалов наиб. распространена); пастообразные; жидкие-суспензии, эмульсии, растворы

Цель Сушки, широко применяемой  в производствах различного типа,-улучшение качества веществ и материалов, подготовка их к переработке, использованию, транспортированию и хранению. Данный процесс часто является последней технологической операцией, предшествующей выпуску готового продукта. При этом жидкость предварительно удаляют более дешевыми механическими способами, окончательно-тепловыми.

В химических производствах применяют, как правило, искусственную Сушку, проводимую в специальных сушильных установках, в состав которых входят: сушильный аппарат, или сушилка, где непосредственно протекает процесс; вспомогательное оборудование-теплообменные аппараты (калориферы), тяго-дутьевое устройство (вентилятор, воздуходувка) и система пылеочистки соответственно для нагревания сушильного агента, пропускания его через сушилку и отделения от высушенного продукта.По способу подвода теплоты к влажному телу различают след. виды Сушки: конвективную (в потоке нагретого сушильного агента, выполняющего одновременно функции теплоносителя и влагоносителя транспортирующей среды, в которую переходит удаляемая влага, и в ряде случаев способствующего созданию необходимой гидродинамической обстановки); контактную (при соприкосновении тела с нагретой поверхностью); диэлектрическую (токами высокой частоты); сублимационную (вымораживанием в вакууме;); радиационную (ИК излучением); акустическую (с помощью ультразвука). В народном хозяйстве используют преим. первые два вида, в хим. производствах-конвективную.

Сушка материалов, полупродуктов или готовых изделий используется практически во всех отраслях промышленности. Для сушки применяют разнообразные сушилки, отличающиеся по ряду признаков, которые положены в основу классификации, приведенной ниже:

 

 

 

 

 

 

 

Признак классификации	Типы сушилок
Давление в рабочем  пространстве	Атмосферные, вакуумные, под избыточным давлением
Режим работы	Периодического или непериодического действия
Вид теплоносителя	Воздушные, на дымовых или инертных газах, на насыщенной или перегретой паре, на жидких теплоносителях.
Направление движения теплоносителя относительно материала	Прямоточные, противоточные, с перекрестным током, реверсные.
Характер циркуляции теплоносителя	С естественной и принудительной циркуляцией.
Способ нагревания теплоносителя	С паровыми воздухоподогревателями, с топочными устройствами, с электронагревателями, комбинированные
Кратность использование  теплоносителя	Прямоточные и рециркуляционные
Способ подвода тепла  к материалу	Конвективные, контактные, с лучистым нагревом (радиационные), с нагревом токам высокой частоты, с акустичиским или ультразвуковым нагреванием.
Вид высушиваемого материала	Для крупнодисперсных, тонкодисперсных. пылевидных, ленточных, пастообразных  материалов, жидких растворов или суспензий.
Гидродинамический режим	С плотным неподвижным слоем, перемеши- ваемым слоем, взвешенным слоем (псевдо- ожиженный слой, фонтанирующий слой, пневмотранспорт, закрученные потоки), с распылением в потоке теплоносителя.
Конструктивный тип сушилки	Камерные, шахтные, ленточные, барабанные, трубчатые и т. Д.

Выбор Сушки и  сушильного аппарата.

Большое количество высушиваемых продуктов, сочетание способов подвода  тепла и разнообразная гидродинамическая  обстановка приводят к использованию  различных схем сушилок и выдвигают  проблему правильного выбора способа  сушки, тина сушильного аппарата и режима сушки. Общие требования к выбору рационального метода сушки сводятся к получению наивыгоднейших технико-экономических показателей работы установки, обеспечению надежности ее работы при получении продукта высокого качества, выполнению требований техники безопасности, санитарно-гигиенических условий труда, удобству контроля и обслуживания, исключению выбросов в атмосферу. Выбор рациональною метода сушки должен быть обусловлен комплексом характеристик материала как объекта сушки, номенклатурой выпускаемой) оборудования, особенностями производства. Ограничительными условиями являются технологические и экономические требования, а также требования -к качеству высушиваемого продукта.

Известен ряд методик и рекомендаций по выбору рационального способа сушки и сушильных установок.

НИМХиммашем разработана методика выбора сушильного оборудования из числа серийно выпускаемого заводами химического машиностроения для продуктов и полупродуктов химической, химико-фармацевтической, микробиологической и других отраслей промышленности, позволяющая сократить объем научно-исследовательских и проектных работ по аппаратурному оформлению процесса сушки.

Тип сушильного аппарата можно  выбрать по специальной таблице 1, составленной па основе анализа статистических данных по использованию типовых аппаратов в химической и смежных отраслях промышленности.

 В таблице приведены показатели  применения сушильных аппаратов в зависимости от основных технологических, гидродинамических, сорбционно-структурных характеристик и кинетики сушки материала с учетом масштаба производства. Пользуясь этой таблицей, можно, имея минимальное число данных о свойствах материала, установить варианты аппаратов для сушки, определить направление продления исследований по выбору режима сушки. В таблицу включены все типы сушилок, широко применяемых в промышленности и выпускаемых заводами химического машиностроения, а также новые аппараты, осваиваемые машиностроительными заводами.

Оптимальный тип аппарата определяется методом подсчета по горизонтали  суммы баллов, указанных в табл.1. Если для заданных условий эксплуатации встречается «О», возможность применения оборудования не рассматривается. При  оценке «5» оборудование рекомендуется  к применению, «3» — применение допустимо, но использование будет  связано с дополнительными мерами подготовки продукта или изменениями  в конструкции сушилки.

Область применения типовых сушильных аппаратов можно расширить, если использовать различные технологические приемы подготовки продукта или сочетать различные типы аппаратов в многоступенчатые (как правило, двухступенчатые) сушилки. В случае применения комбинированных многоступенчатых сушилок каждую ступень выбирают (в соответствии с табл.1), подсчитывая сумму баллов для соответствующей ступени, причем при выборе второй и последующих ступеней анализируют уже такие свойства материала, которые он приобретает после подсушки на предыдущих ступенях.

Как правило, пригодными для  сушки конкретного материала  оказываются аппараты нескольких типов.

Окончательное решение по выбору типа аппарата должно приниматься  после проверочных испытаний по сушке представительных образцов материалов в лабораторных или полупромышленных установках выбранных типов на основе соответствующих технико-экономических расчетов и сравнения проверенных вариантов.

Другая группа методик  основана на конкретном анализе материала  как объекта сушки, рассмотрении поведения типового материала и установлении его принадлежности к той или иной типовой группе, после чего выбирается стандартный аппарат из числа выпускаемых промышленностью.

Для правильной постановки оптимальной задачи необходимы следующие условия: 1) наличие ресурсов оптимизации, т. е. степеней свободы оптимизирующею объекта; 2) правильное выражение требований, предъявляемых к объекту оптимизации; 3) количественная оценка оперируемой величины при помощи критерия оптимальности. В химической технологии возможно употребление ряда критериев оптимальности .

В работе  за критерий оптимальности  взят единый обобщенный свободный показатель, учитывающий изменение годовой производительности В (т/год), объема капитальных вложений К (руб.), эксплуатационных затрат Э и качественных показателей выпускаемого продукта Н в экономически эквивалентных соотношениях

 

Ri=f(В. Н.Э. К) (1)

 

Выражение (1) может быть представлено в виде

 

Ri, = С+Е (2)

 

где С — сeбeстоимостъ продукта, С—Э/В; Е — нормативный коэффициент эффективности капитальных затрат, руб/т.

Этот критерий оптимальности  связан с рассматриваемыми способами  сушки и конкретными материалами, характеристики которых известны; минимум  этого критерия определяет выбор  оптимального способа проведении процесса.

Ряд специфических свойств  материалов делает недопустимым применение некоторых способов сушки независимо от величины Ri. Специфические свойства обрабатываемого материала учитываются при помощи штрафных функций. Решение проводится на ЭВМ. Если способ не проходит хотя бы по одному специфическому свойству или ограничению, то Ri=∞; если он проходит по всем свойствам и ограничениям, то машина считает значение критерия оптимальности и по минимуму определяет оптимальный способ сушки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет сушилок

Выбор рационального метода сушки и типа сушилки должен обеспечить достижение оптимальных технико-экономических показателей работы сушилки, получение продукта заданного качества, надежность работы, снижение или исключение газовых выбросов в атмосферу. Выбор метода сушки и типа сушилки для конкретного материала производится на основании анализа материала как объекта сушки. Для этого исследуют структуру высушиваемого материала, его тепловые и сорбционные характеристики, на основании которых определяют формы связи влаги (растворителя) с материалом, а также адгезионные и когезионные свойства материала. Кроме того, с целью интенсификации процесса сушки должны быть изучены, закономерности сушки, возможности проведения процесса при повышенных температурах, в эффективных гидродинамических режимах и т. д. Выбранная сушилка должна быть типовой, из числа серийно выпускаемых промышленностью.

Анализ полимерных материалов как объектов сушки показывает, что многие из них являются непористыми и содержат адсорбционно-связанную влагу. Скорость сушки таких материалов практически не зависит от гидродинамической обстановки в сушилке и может быть увеличена за счет повышения температуры. Однако при жестких режимах сушки роль гидродинамической обстановки в аппарате резко возрастает.

Для расчета сушилок сначала составляют материальный баланс процесса, из которого определяют количество влаги, испаряемой в процессе сушки:

W = Gч(w1 - w2)/(100—w2),

 

где Gч, — часовая производительность сушилки, равная G,—G/(аЬ); w1, и w2 — начальная и конечная влажность материала; G—годовая производительность сушилки; а —число часов работы в сутки; Ь — число дней работы сушилки в году.

 

Производительность по сухому материалу равна Gс = Gч,—W, где W — количество испаряемых летучих.

Расход сушильного агента определится так:

 

L = W/(d₂ -  d₁ )

 

где d₁, и d₂) — начальное н конечное содержание влаги или удаляемою из материала растворителя, определяемое по формулам

d_{1 =} w ₁,/(100 —w ₁,); .d₂  = w₂ /(100 - w₂    )

 

или по I - d-диаграмме для влажного воздуха, или же по подобным диаграммам для растворителя в газе.

Второй стадией расчета  является определение расхода тепла — либо аналитически из уравнения теплового баланса, либо графоаналитическим методом— с использованием 1-d-диаграммы (I - d -диаграмму применяют для расчета многозонных сушилок со сложными схемами подачи сушильного агента).