Распылительная сушилка применяется для сушки пастообразных и жидких материалов. В ней высушиваемый материал распыляется в горячем газе (воздухе). Распыливание производится форсунками (механическими или пневматическими) или центробежными дисками.

При механическом распыливании раствор соли, например уксуснокислого кальция, нагнетается в форсунках под давлением от 30 до 200 атм. Размер капель при распыливании зависит от давления жидкости, диаметра выходного отверстия, вязкости жидкости и т.д., и колеблется в пределах от 20 до 100 мк. На размеры капель влияет главным образом турбулизация жидкостной струи, которая создается повышением скорости закручивания струи в форсунке. Схемы двух механических форсунок представлены на рисунке 158. На рисунок 158а приведена конструкция форсунки, предназначенной для распыливания высококонцентрированных растворов и выполненной из легированной стали. Форсунка состоит из корпуса 1, головки форсунки 2 и диска 3. Насадка сменная, позволяющая изменять диаметр выходного отверстия от 0,8 до 1,5 мм.

На рисунок .158 б представлен другой тип механической форсунки, состоящей из корпуса 1, который навинчивается на питающую головку 2 и закрепляется контргайкой 4. Раствор проходит через восемь отверстий диска 3 и три тангенциальных канала диска 5, закручивается в центральной камере диска и через отверстие в диске 6 выдавливается наружу.

а б

1 - корпус; 2 - питающая головка; 4 - контргайка; 3, 5, 6 - диск.

Рисунок 158 - Механические форсунки.

Механические форсунки отличаются высокой производительностью, бесшумностью работы, дают тонкий и равномерный распыл. Производительность форсунок при сушке до 600 кг/ч, хотя форсунка может распыливать до 4,5 т/ч продукта. Расход энергии на распыление от 2 до 10 кВт на тонну раствора. К недостаткам форсунок следует отнести невозможность регулирования производительности форсунки и быструю засоряемость выходных отверстий (0,5 мм). Эти форсунки не пригодны для обработки суспензий, паст, растворов, дающих осадки.

Производительность форсунки

Максимальный диаметр капель распыла

Расход мощности на распыление

Расход электроэнергии

При центробежном методе распыливания можно регулировать производительность сушилки и нетрудно ее автоматизировать. Недостатком же его является повышенная стоимость по сравнению с распыливанием при помощи сопел.

Распыление за счет центробежной силы осуществляется путем подачи раствора на быстро вращающийся диск. Под действием центробежной силы раствор движется на периферию диска и при помощи лопаток или сопел выталкивается в камеру. Скорость вращения диска составляет от 4000 до 20000 об/мин. Окружная скорость диска выбирается до 200 м/с. Распыливающие диски приводятся во вращение либо от электродвигателя, либо от паровой турбинки.

Существует много разновидностей распыливающих дисков, применяемых для различных жидкостей (гладкие, с тангенциальными лопатками, многоярусные, диски с соплами и т.д.) (рисунок .160). При сушке порошков карбида кремния распылитель состоит из двух дисков, покрытых карбидом бора и т.д.

а б в г

а) - тарельчатый открытый; б) - клапанный закрытый; в) - плоский закрытый с зубьями; г) - трехярусный с перегородками и зубьями.

Рисунок 160 - Типы распылительных дисков.

Средний диаметр капель в дисковых распылителях можно подсчитать по формуле Фрасера, Эйзенклама, Домбровского:

, (11.13)

где - весовая производительность, кг/ч; - кинематическая вязкость, м2/с; - поверхностное натяжение, кГ/м; - диаметр диска, м; x - смоченный периметр диска, равный произведению числа лопаток на их высоту, м; - скорость вращения диска, об/мин; - удельный вес раствора, кг/м3.

1 - камера; 2 - рукавные фильтры; 3- распылительный диск; 4 - вентилятор; 5 - скребки.

Рисунок 161 - Распылительная сушилка (распыл центробежным диском).

На рисунке 161 изображена схема наиболее распространенной распылительной сушилки, работающей при параллельном токе газа и частиц. Нагретый воздух поступает в верхнюю часть камеры 1. Здесь он встречается с каплями или кусочками материала, распыляемого вращающимся диском 3 или другим устройством.

Благодаря развитой поверхности соприкосновения материала с газом, сушка протекает очень быстро - на лету, и на дно сушилки падает уже полностью высушенный материал. Отсюда он скребками 5 подается в разгрузочный шнек или другое герметизированное разгрузочное устройство. Воздух, насыщенный паром, отсасывается вентилятором 4 из нижней части сушилки через рукавные фильтры 2, как на рисунке 15, или другой пылеулавливающий аппарат. Параллельный ток создает возможность применять для сушки высокую температуру газа, увеличивая скорость сушки, без перегрева высушиваемого материала.

Несмотря, однако, на большую скорость процесса (количество испарившейся воды в единицу времени с единицы поверхности материала), интенсивность работы распылительных сушилок (количество испарившейся воды в единицу времени в единице объема аппарата) невелика, поскольку на единицу объема аппарата одновременно приходится сравнительно небольшая масса материала.

При работе распылительных сушилок наблюдается большой унос высушенного материала газами, т.к. материал в процессе сушки находится в мелко распыленном состоянии. Поэтому значительная часть продукта улавливается из газа в циклонах, рукавных фильтрах, электрофильтрах.

1 - сушильная камера; 2 - механическая форсунка; 3 - ввод воздуха; 4 - фильтр; 5,10 - вентиляторы; 6 - подогреватель; 7 - циклон; 8 - топка; 9 - скребки; 11 - скруббер; 12,13 - насос.

Рисунок 162 - Распылительная сушилка (распыл механической форсункой).

Распылительные сушилки предпочтительное применение имеют в следующих случаях.

1. Материал не переносит длительного нагрева. Процесс сушки протекает очень быстро (от десятых долей до нескольких секунд) и поэтому даже чувствительные к нагреву материалы, например, пищевые продукты: молоко, яичный порошок и др., не успевают разложится при высушивании.

Рисунок 163 - Распылительная сушилка

2. Недопустимо окисление материала, например при сушке металлических порошков. Из-за кратковременного нагрева материал в процессе сушки не успевает окисляться.

3. Сушится пастообразный, залипающий материал. Сушка его на лету предотвращает залипание стенок. Распыление жидких материалов центробежным диском обуславливает разброс капель на стенки камеры. Однако, после некоторого предела повышения скорости вращения диска (4000-20000 об/мин) такое налипание прекращается. Это происходит, по-видимому, из-за очень мелкого распыления жидкости, при котором капли или не долетают до стенок, или высыхают настолько быстро, что даже долетевшие частицы не налипают.