Вращающаяся гребковая сушилка перерабатывает пасту и шлам кондуктивной сушкой с перемешиванием под вакуумом или в герметичном корыте. Какие материалы подходят и как рассчитать режим.
Вращающаяся гребковая сушилка сушит пасту и шлам, удерживая материал у нагреваемой поверхности, пока мешалка непрерывно переворачивает слой, чтобы свежий материал продолжал к этой поверхности поступать. Режим идёт либо под вакуумом в герметичном корпусе периодического действия, либо непрерывно в герметичном корыте. Что определяет подходящую конструкцию — форма загрузки и окружающая установка, а не название машины.
Паста и шлам — это две формы загрузки, которые исключают сушку горячим воздухом, и одновременно те, где детали конструкции вдали от нагреваемой поверхности вызывают большинство эксплуатационных проблем. В этой статье рассмотрено, что требует каждая форма загрузки, как её охарактеризовать и как арифметика удаления воды обосновывает проект.
С чем вращающаяся гребковая сушилка справляется лучше всего
Паста и шлам описывают проблему обращения с материалом, а не химию. Общее у этих загрузок то, что они поступают влажными, густыми и часто несыпучими, поэтому их нельзя высушить, обдувая горячим воздухом. Вращающаяся гребковая сушилка решает это, приводя материал в многократный контакт с нагреваемой поверхностью и перемещая его так, чтобы контакт постоянно обновлялся.
В таблице ниже показано, как ведёт себя каждая форма загрузки в работе и что конструкция должна обеспечить в ответ. Различия важны, потому что они определяют выбор мешалки, уплотнения, выгрузки и паровой системы.
Формы загрузки и их требования
| Форма загрузки | Как ведёт себя в работе | Что должна обеспечить конструкция |
|---|---|---|
| Перекачиваемая паста | Поступает и оседает; сама по себе не пересыпается | Перемешивание, которое переворачивает слой, а не просто размешивает |
| Липкий фильтрационный кек | Уплотняется и прилипает к горячей стенке | Непрерывное счищение поверхности теплообмена |
| Обезвоженный шлам | Несёт большую водную нагрузку при малом содержании твёрдого, часто имеет запах | Высокая производительность по испарению плюс удержание паров и борьба с запахом |
| Сыпучий порошок или гранула | Легко перемещается и образует пыль | Щадящее обращение и герметичный тракт для ограничения пыли |
Охарактеризуйте загрузку, прежде чем задавать конструкцию
Задачи по пастам и шламам обычно проваливаются из-за свойств, которых нет в паспорте продукта. Конструкцию определяют семь измерений, и первое из них чаще всего отсутствует.
- Содержание сухого вещества в исходной загрузке вместе с целевым содержанием сухого вещества после сушки. Из этих двух чисел следуют и водная нагрузка, и сокращение объёма.
- Вода или растворитель представляет собой жидкость, поскольку растворитель несёт собственную теплоту парообразования, класс горючести и требование по рекуперации.
- Адгезия: липнет ли материал к тёплой стальной поверхности. Это единственное свойство определяет, необходим скребок или он лишь полезен.
- Абразивность: песок и минеральная мелочь в шламе изнашивают и мешалку, и стенку, и меняют выбор конструкционного материала.
- Коррозия: pH, содержание хлоридов и наличие галогенидов определяют, достаточно ли стандартной марки нержавеющей стали или нужен более легированный сплав.
- Запах и содержание летучих веществ, которые определяют удержание паров, их промывку и класс давления герметичной системы.
- Как подаётся загрузка: непрерывно от вышестоящего фильтра, пресса или центрифуги либо отдельными порциями.
Два из этих измерений заслуживают пилотного испытания, а не оценки. Адгезию и абразивность нельзя прочитать в спецификации, и обе они определяют, будет ли машина работать на третий год, а не только в первую неделю.
Три способа работы с пастой
Как только загрузка охарактеризована, геометрия обычно вытекает из цифр. Семейство вращающихся гребковых сушилок охватывает большинство задач по пастам и шламам тремя конструкциями, которые различаются тем, куда тепло поступает в материал, и тем, возможен ли непрерывный режим.
Конструкции с перемешиванием для паст и шламов
| Конструкция | Куда поступает тепло | Мешалка | Режим |
|---|---|---|---|
| Горизонтальная вакуумная гребковая | Стенка рубашки | Скребковый гребок на центральном валу | Периодический, под вакуумом |
| Непрерывная с полыми лопастями | Рубашка и нагреваемые клиновидные лопасти на полых валах | От двух до четырёх полых валов, самоочищающиеся | Непрерывный или периодический, герметичное корыто |
| Вертикальный конус с нагреваемой лентой | Рубашка и внутренняя лента | Лента поднимает и пересыпает слой | Периодический, под вакуумом |
Горизонтальная вакуумная гребковая конструкция — это рабочая лошадка периодического действия для пасты, которую нужно сушить в холодном и чистом режиме. Её мешалка выполняет одну работу: она поддерживает счищение нагреваемой стенки, что предотвращает сухой слой, который иначе изолировал бы слой материала и остановил загрузку в последней трети. Это правильный ответ, когда загрузка умеренная, продукт термочувствителен, а рекуперация растворителя является частью режима.
Непрерывная конструкция с полыми лопастями берёт тот же принцип теплопроводности и добавляет нагреваемую поверхность внутри слоя, пропуская теплоноситель через клиновидные лопасти, установленные на полых валах. Температура теплоносителя охватывает диапазон от -40 °C до 320 °C, а клиновидная геометрия при вращении очищает поверхность теплообмена. Поскольку корпус представляет собой герметичное корыто с пороговой выпускной заслонкой, материал может проходить через него непрерывно, что и делает эту машину обычным выбором для сокращения объёма шлама и фильтрационного кека в промышленном масштабе.
Вертикальный конус с внутренней лентой служит ещё одной задаче. Он сочетает сушку со смешиванием, поэтому паста или смола, которой нужно интенсивное смешение во время сушки, может быть доведена в одном корпусе вместо двух.
Сокращение объёма: арифметика, которая обосновывает проект
Для шлама экономическое обоснование — это арифметика. Возьмём 100 kg обезвоженного шлама с содержанием сухого вещества 20%. Сухая масса равна 20 kg. Если сушилка доводит продукт до 90% сухого вещества, конечная масса равна 20, делённым на 0,9, то есть 22,2 kg. Значение имеет следующее число: удалённая вода составляет 77,8 kg, поэтому тоннаж, вывозимый с площадки, падает примерно на 78%.
Именно это сокращение и окупает оборудование. Транспортировка и утилизация тарифицируются за тонну влажного материала, поэтому удаление воды до перевозки сокращает затраты, которые повторяются ежемесячно, а не один раз. Та же арифметика объясняет, почему задачу по шламу обычно оценивают по производительности испарения, а не по объёму корпуса: вращающаяся гребковая сушилка — это аппарат для удаления воды, и её производительность определяется тем, сколько воды она может испарить в час.
Ограничение здесь энергетическое, а не объёмное. Удаление воды испарением всегда стоит теплоты парообразования, и конструкции с косвенным нагревом распоряжаются ею эффективно: серия KJG с полыми лопастями заявлена на уровне примерно 1,22 kg пара на 1 kg испарённой воды, потому что тепло передаётся через стенку, а не уносится потоком горячего воздуха, который затем уходит тёплым. Тем не менее честное сравнение — не с бездействием, а с механическим обезвоживанием, которое удаляет воду гораздо дешевле. Сушка оправдывает своё место в конце цепочки, после того как пресс или центрифуга довели загрузку до экономически разумного предела.
Периодический или непрерывный режим и что требует каждый
Выбор между периодическим и непрерывным режимом обычно определяется оборудованием до и после сушилки, а не самой сушилкой.
Что требуется периодическому и непрерывному режиму
| Аспект | Периодический, горизонтальная вакуумная гребковая | Непрерывный, корыто с полыми лопастями |
|---|---|---|
| Подача загрузки | Отдельные порции из реактора или лотка | Ровный поток от фильтра, пресса или центрифуги |
| Вакуум | Корпус герметизируется и откачивается для каждой загрузки | Герметичное корыто с отводом паров; вакуум необязателен |
| Переналадка на другой продукт | Простая; корпус опорожняется полностью | Требует продувки или отдельного аппарата |
| Производительность в масштабе | Умножают число корпусов | Одна более крупная машина несёт всю нагрузку |
| Время цикла или пребывания | Задаётся на партию по материалу | Задаётся временем пребывания и уровнем порога |
| Обычная область применения | Термочувствительные, смоченные растворителем, более ценные твёрдые материалы | Высокотоннажные шламы и фильтрационный кек |
Ошибка, которой следует избегать, — считать непрерывный режим автоматически лучшим. Непрерывной машине нужна ровная подача, поэтому установка, производящая шлам периодически, будет либо эксплуатировать вращающуюся гребковую сушилку значительно ниже её расчётной производительности, либо накапливать загрузку в буфере, чтобы обеспечить подачу. Аппарат периодического действия переносит неравномерное снабжение и даёт каждой загрузке собственное время пребывания, поэтому термочувствительные задачи и задачи с растворителями обычно остаются периодическими даже с ростом объёмов.
Выгрузка, запах и удержание
Части задачи по пастам и шламам, которые вызывают больше всего эксплуатационных проблем, — это не поверхность сушки. Это выгрузка и удержание.
- Выгрузка: высушенная паста может сводообразовывать или зависать, поэтому геометрия выпуска и возможная помощь мешалки значат больше, чем номинальный размер отверстия. Герметичная выгрузка, выдающая продукт без нарушения вакуумной среды, сокращает цикл.
- Запах и летучие вещества: сушка шлама выделяет пахнущие пары, поэтому паровой тракт закрыт и направлен на конденсацию, промывку или термическую обработку, а не сбрасывается в рабочую зону.
- Пыль: высушенный шлам и тонкие порошки образуют пыль при выгрузке, и фильтрующие материалы на выходе паров удерживают мелочь вне вакуумной системы и конденсатора.
- Конденсат: удалённая вода должна куда-то деваться, а конденсат из шлама часто насыщен летучими веществами, поэтому его обычно направляют на очистку, а не в дренаж.
Со стороны машины эти задачи сводятся к герметичности, потому что уплотнение вала определяет, насколько хорошо корпус держит давление в течение срока службы, и к конденсатору, рассчитанному на пиковую производительность испарения, а не на среднюю.
Что дальше
Работающий порядок действий таков: охарактеризовать загрузку, решить, может ли установка обеспечивать ровный поток, и только затем выбирать геометрию. Пасты и шламы наказывают за предположения, сделанные по внешнему виду, поэтому пилотная партия на реальном материале ценнее ещё одного коммерческого предложения. Если режим — термочувствительная паста с растворителем, начинайте с периодической вакуумной гребковой конструкции. Если это высокотоннажный шлам или фильтрационный кек, сравните его с непрерывной машиной с полыми лопастями, прежде чем принимать решение.
Часто задаваемые вопросы
- С каким шламом справляется сушилка с лопастями?
- Кек фильтр-пресса, кек центрифуги, а также городские и промышленные шламы хорошо сохнут в аппарате с перемешиванием и кондуктивным нагревом при условии, что конструкция учитывает сопутствующие им абразивные частицы, хлориды и запах. Ограничивающими факторами обычно служат абразивность и коррозия, а не содержание воды, и оба решаются конструкцией мешалки и выбором конструкционного материала.
- Насколько сушка сокращает объём шлама?
- Возьмём 100 kg шлама с содержанием сухого вещества 20%. Сухая масса равна 20 kg, поэтому сушка до 90% сухого вещества оставляет 20, делённым на 0,9, то есть 22,2 kg, и удаляет 77,8 kg воды. Это сокращение примерно на 78% по массе, и именно эта экономия повторяется с каждой вывезенной тонной. Фактическое значение зависит от загрузки и от нужного вам целевого содержания сухого вещества.
- Может ли вращающаяся гребковая сушилка сушить пасту, которая в основном состоит из воды?
- Да, и высокая водная нагрузка — обычный случай для задачи по пасте: она и определяет конструкцию, а не содержание твёрдого. Практический вопрос в том, может ли располагаемая площадь теплообмена удалить эту воду за время цикла, которое установка может допустить. Когда не может, ответом обычно служит большая нагреваемая площадь или механическое обезвоживание на входе, а не больший вакуум.
- Требуют ли паста или шлам предварительной обработки перед сушкой?
- Обычно нет, но стоит убрать то, с чем сушилка не справится. Металлические фрагменты и крупный песок повреждают мешалку, поэтому сито или ловушка на входе защищает машину, а свободную жидкость, которую можно слить или отжать, дешевле удалить механически, чем испарением.
- Износит ли абразивный шлам сушилку?
- Абразивность для шлама — реальное условие расчёта, а не крайний случай. С ней справляются, задавая более твёрдую или более толстую изнашиваемую поверхность и поддерживая низкую частоту вращения мешалки; то же свойство обычно определяет, что детали, контактирующие с продуктом, не должны быть из стандартной марки нержавеющей стали. Надёжный способ оценить скорость износа — пилотный прогон на реальном материале.
- Какого содержания сухого вещества можно достичь?
- Единой цифры нет. Достижимое содержание сухого вещества зависит от материала, от температуры рубашки, которую допускает продукт, и от времени цикла, которое примет установка. Честный способ зафиксировать цель — определить её в пилотном испытании на реальном материале, а не принять число из похожего по названию применения.
- Является ли запах проблемой при сушке шлама?
- Это главная экологическая проблема в такой задаче, поэтому паровой тракт на всём протяжении закрыт. Пары, отводимые из корпуса, направляют в конденсатор, а затем на промывку или термическую обработку, а не сбрасывают; сам конденсат насыщен летучими веществами, поэтому его обычно направляют на очистку, а не в дренаж.