Принципиальные основы сушки и измельчения

Сушка

Сушка дисперсных материалов – это сложный физико-химический процесс. В процессе сушки происходит удаление из материалов влаги путем ее испарения и отвод образовавшихся паров. Как правило сушка материалов происходит в специальных аппаратах – сушилках.

Классифицируются сушилки, в основном, по способу подвода тепла к поверхности высушиваемых материалов. Различают контактные, конвективные, радиационные, сублимационные, высокочастотные и комбинированные сушилки.

Для дисперсных материалов наиболее эффективными являются конвективные сушилки, в которых происходит постоянный контакт осушающего агента с поверхностью частиц материала.

Скорость процесса сушки зависит от температуры осушающего агента, относительной скорости его движения, удельной поверхности высушиваемых частиц, физических свойств материала.

В начальный период (период постоянной скорости сушки) влажность материала постоянна во всем объеме. После определенного периода времени сушки, когда концентрация влаги вследствие испарения на поверхности материала снижается, влага начинает перемещаться из центра частиц к поверхности вследствие градиента концентрации, наступает период падающей скорости сушки. Скорость испарения влаги больше скорости её перемещения из центра к поверхности материала. По мере снижения влагосодержания материала температура высушиваемых частиц приближается к температуре осушающего агента.Таким образом, существует ограничение температуры применяемого осушающего агента в связи с возможностью воспламенения или другой деструкции материалов, особенно мелкодисперсных (например древесных или торфяных частиц).

Время пребывания материала в сушильном аппарате должно быть равным необходимому времени сушки до необходимой влажности. Данное условие трудновыполнимо для материалов имеющих неоднородный фракционный состав.

Должно быть обеспечено соответствие параметров внешней среды механизму влагопереноса или кинетическим особенностям процесса сушки, а так же должна быть исключена возможность деструкции материала на протяжении всего процесса.

Скорость осушающего агента в барабанных сушилках, ленточных, с «кипящим» слоем и аэрофонтанных ограничена скоростью витания частиц и составляет 0,5 — 2,0 м/с. В случае повышения скорости движения осушающего агента, частицы будут выноситься из зоны сушки во влажном состоянии.

Основные трудности и задачи создания эффективных сушилок – неоднородный фракционный состав осушаемого материала; обеспечение постоянного контакта осушающего агента с материалом; ограничение температуры осушающего агента; ограничение скорости движения осушающего агента; ограничение возможности деструкции материала.

Измельчение

Измельчение представляет собой сложный процесс, на который оказывают влияние многие факторы, и его результатом является не только диспергирование, но и существенное изменение физико-химических свойств высоко дисперсных порошков. С уменьшением размеров частиц доля затрат энергии на предельное пластические деформирование возрастает, а изменение физико-химических свойств становится во многих случаях основным технологическим результатом измельчения.

Основные способы разрушения материалов: под действием мелющих тел или кусков самого материала (вращающиеся, вибрационные и струйные мельницы, валковые и другие дробилки); под действием окружающей среды жидкости или газа (электрогидравлические дробилки, кавитационные мельницы, ультразвуковые дробилки).

Мельницы различаются по своему назначению: одни из них приспособлены для грубого измельчения (дробление), другие для тонкого помола – диспергирования. Каждому измельчителю в силу особенностей его устройства свойственен некоторый диапазон дисперсности измельчаемого материала, при достижении которого помол наиболее эффективен и экономичен.

Элементарные способы разрушения осуществляются созданием в частицах материала предельных напряжений путем разлома, сдавливания, удара или среза. Эффективность работы мельниц, экономичность (что важно при промышленном использовании) и диапазон дисперсности, в котором они дают лучшие показатели, зависят от многих факторов. Среди них важное значение имеют использованные материалы при производстве мельницы, способы сепарации, требования к сопряжённым агрегатам загрузки и выгрузки, требования к измельчаемому материалу (влажность, дисперсность и т.п.).

В большинстве случаев предварительное измельчение влажного сырья с целью выравнивания фракционного состава затруднено в связи с конструктивными особенностями применяемых мельниц. В основном сепарация готового продукта осуществляется через сито либо через сепараторы. При сепарации через сито влажные частицы прилипают к ситу, и прекращается вынос материала из зоны помола мельницы продукта, а при сепарации через воздушный сепаратор измельчённые, но влажные частицы возвращаются в зону помола – что снижает КПД измельчителя.

Основные трудности и задачи создания измельчителей: способы сепарации, требования к сопряжённым агрегатам загрузки и выгрузки, требования к измельчаемому материалу (влажность, дисперсность и т.п.).