Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля Зайцев Дмитрий Борисович

Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля
<
Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Зайцев Дмитрий Борисович. Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.08 / Зайцев Дмитрий Борисович; [Место защиты: Моск. гос. ун-т инженер. экологии]. - Москва, 2010. - 199 с. : ил. РГБ ОД,

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Анализ литературных данных и постановка задачи исследования .

1.1. Технология производства полиакрил амида и его качественные характеристики 13

1.2. Основные способы удаления влаги из полиакриламидного геля 20

1.3. Инфракрасная сушкав промышленности 23

1.4. Источники инфракрасного излучения 31

1.5. Энергосберегающие способы сушки при ИК-энергоподводе. Осциллирующий режим 39

1.6. Математическое описание тепло- и массопереноса в процессах сушки 42

1.7. Математические модели, описывающие процесс сушки при ИК-энергоподводе 50

1.8. Основные выводы и постановка задачи исследования 53

Глава 2. Математическое моделирование процесса сушки полиакриламидного геля .

2.1. Математическая модель тепло- и массопереноса при ИК-сушке полиакриламидного геля в ленточной сушилке 55

2.2. Проверка адекватности предлагаемой математической модели 63

2.3. Методики расчета ленточной сушилки на основе предлагаемой математической модели 70

Глава 3. Экспериментальные исследования процесса сушки полиакриламидного геля.

3.1. Описание экспериментальной установки и методики проведения экспериментов 78

3.2. Экспериментальное исследование кинетики сушки полиакриламидного геля при непрерывном ИК-энергоподводе 82.

3.3. Экспериментальное исследование кинетики сушки полиакриламидного геля при непрерывных ИК и конвективном энергоподводах 94

3.4. Экспериментальное исследование кинетики сушки полиакриламидного геля при осциллирующем ИК-энергоподводе 107

3.5. Определение параметров математической модели процесса ИК-сушки ПАА геля 122

3.5.1. Определение обобщённого коэффициента

массопроводности 122

3.5.2. Определение среднеобъёмной температуры материала и температуры его поверхности 136

3.5.3. Определение обобщённого коэффициента массоотдачи 145

3.6. Основные результаты и выводы по экспериментальным исследованиям 150

Глава 4. Аппаратурно-технологическое оформление стадии сушки полиакриламидного геля .

4.1. Существующее аппаратурно-технологическое оформление процесса производства сухого водорастворимого ПАА высокой чистоты 153

4.2. Предлагаемая энергосберегающая технология радиационно-конвективной сушки ПАА геля 159

Основные выводы и результаты работы 163

Список литературы 165

Приложения 178

Введение к работе

Одним из водорастворимых полимеров, получивших широкое распространение и привлекающих постоянное внимание исследователей, является полиакриламид (ПАА), его производные и сополимеры акриламида. Комплекс ценных свойств, относительная дешевизна и большой объём промышленного производства ПАА определили его интенсивное использование в различных областях техники и технологии [1— 5].

Особенно широко ПАА применяется в качестве флокулянта в угольной, горнодобывающей, бумажной, медицинской и пищевой отраслях промышленности, в процессах очистки и осветления питьевой, промышленной и сточных вод, улавливания и выделения ионов тяжёлых металлов и токсичных веществ [6, 7]. Вместе с этим добавки ПАА используют в качестве связующего в бумажной массе, улучшающего структуру поверхности и свойства бумажного листа [8]. В нефтедобывающей промышленности ПАА применяется для различных целей: при бурении в качестве стабилизатора, регулятора фильтруемости и реологических свойств буровых растворов, ускорителя проходки пород и структурообразователя почв для укрепления стенок скважин; при вторичной добыче нефти добавки ПАА уменьшают подвижность закачиваемой в пласт воды, что способствует лучшему вытеснению нефти из пористых пород. Также ПАА применяют как добавку, снижающую гидравлическое сопротивление жидкостей при движении их в турбулентном режиме (эффект Томса) [9], что используется в пожарной технике для увеличения дальнобойности выброса струи из брандспойтов, на флоте для повышения скорости движения судов и подводных лодок, в нефте- и газодобывающей промышленности для ускорения бурения скважин, для снижения энергозатрат при перекачки суспензий по трубопроводам и т.д.

Сухой ПАА обладает рядом преимуществ по сравнению с продукцией, получаемой в виде гелей, наиболее важными из которых являются экономичность транспортировки и простота эксплуатации. Поэтому одной из технологических стадий производства сухого товарного ПАА является процесс сушки полимерного геля. В настоящее время наиболее распространенным способом удаления влаги из ПАА геля является конвективная сушка, которую осуществляют в сушилках различных типов: барабанных, ленточных, сушилках с кипящим слоем и т. п.

Следует отметить, что качество готовой продукции в значительной степени зависит от особенностей проведения процесса сушки: способа подвода тепла, организации движения материальных и тепловых потоков, а также от свойств обрабатываемого материала. Поэтому актуальными являются изыскания новых способов сушки и разработка конструкций соответствующих аппаратов, которые необходимо вести с учётом возможности интенсификации обработки и на этой основе обеспечить как повышение качества выпускаемой продукции, так и экономию энергетических затрат на производство единицы продукции.

Одним из перспективных методов интенсификации процесса термообработки влажных материалов является использование радиационного энергоподвода при помощи инфракрасных (ИК) излучателей. Применение ИК-излучения значительно интенсифицирует многие технологические процессы: сушку, выпечку, обжарку, полимеризацию и др. вследствие значительного увеличения плотности теплового потока на поверхности облучаемого материала (объекта нагрева) и проникновения инфракрасных лучей внутрь материала [10].

Данная работа включает в себя экспериментальные и теоретические исследования процесса ИК-сушки при помощи линейных излучателей, направленные на получение сухого водорастворимого ПАА, обладающего требуемыми потребительскими свойствами.

Объект исследования: процесс сушки измельчённого

полиакриламидного геля высокой чистоты, получаемого из синтезированного биотехнологическим способом акриламида.

Цель работы.

Изучение закономерностей процесса радиационно-конвективной сушки измельчённого ПАА геля с использованием керамических и кварцевых ИК-излучателей с последующей разработкой энергосберегающей ИК-технологии сушки.

Научная новизна работы:

  1. уточнена и подтверждена экспериментальными исследованиями математическая модель процесса сушки ПАА геля, учитывающая влияние усадки материала в ходе процесса сушки при радиационно-конвективном энергоподводе;

  1. показано, что введение конвективного энергоносителя значительно интенсифицирует процесс сушки ПАА геля по сравнению с «чистым» ИК-энергоподводом. Это связно с более равномерным распределением поля температур между поверхностными и глубинными слоями и, как следствие, снижением температурного градиента в начале процесса сушки, а также более интенсивным уносом паров влаги от поверхности материала;

  2. на основании проведённых исследований по сушке ПАА геля при непрерывном инфракрасном и радиационно-конвективном энергоподводах была показана перспективность применения кварцевых ИК-излучателей по сравнению с керамическими, позволяющими снизить время сушки от 10 до 22 %, в зависимости от условий проведения процесса;

  1. установлены регрессионные зависимости среднеобъёмной температуры материала, температуры его поверхности и обобщённого коэффициента массоотдачи ПАА геля от среднеобъёмного влагосодержания, температуры и относительной скорости движения сушильного агента, высоты слоя материала и удельной мощности, подаваемой на излучатели;

  2. определена зависимость обобщённого коэффициента массопроводности ПАА геля от среднеобъёмных значений его влагосодержания и температуры.

Практическая ценность:

  1. показана практическая целесообразность и эффективность применения кварцевых ИК-излучателей для сушки ПАА геля; даны рекомендации по технологическим режимам сушки ПАА геля;

  2. предложена новая энергосберегающая технология процесса сушки измельчённого ПАА геля высокой чистоты и разработана методика инженерного расчета процесса радиационно-конвективной сушки ПАА геля в ленточной сушилке, которая была использована при расчёте промышленной сушилки для ООО «Саратовский химический завод акриловых полимеров «АКРИПОЛ», г. Саратов;

  3. в ходе экспериментов, проведённых при осциллирующем ИК-энергоподводе для кварцевых излучателей, была показана возможность снижения удельных энергозатрат на работу ИК-излучателей. Однако, принимая во внимание увеличение в несколько раз продолжительности проведения процесса сушки, и, как следствие, увеличение энергозатрат на работу привода и прочих вспомогательных устройств сушилок, была отмечена малая практическая целесообразность применения данного энергоподвода при сушке ПАА геля в промышленном производстве.

Автор защищает:

  1. результаты экспериментальных исследований процесса ИК-сушки ПАА геля;

  2. закономерности влияния свойств излучателей, физических и режимных параметров процесса на продолжительность сушки ПАА и качество готового продукта;

  3. математическую модель процесса ИК-сушки ПАА геля;

  4. методику инженерного расчёта процесса РЖ-сушки ПАА геля.

Публикации.

Материалы, изложенные в диссертационной работе, нашли отражение в 10 опубликованных печатных работах, в том числе 2 в журналах из списка, рекомендованного ВАК РФ.

Структура и объём диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 177 страниц основного текста, включая, 50 рисунков и 13 таблиц, и 22 страницы приложений. Список литературы содержит 117 наименований, в том числе 21 — на иностранных языках.

Основные способы удаления влаги из полиакриламидного геля

Как было сказано выше, сушка является одной из технологических стадий производства сухого товарного ПАА, которая во многом определяет качество готовой продукции. Сушку ПАА геля, также как и сушку других видов полимеров, осуществляют в сушилках различного типа. В настоящее время распространённым способом удаления влаги из полимерных материалов является конвективная сушка. Данный процесс осуществляется в аппаратах кипящего слоя, пневматических, спирально-вихревых и комбинированных сушилках [30-38].

В [39, 40] описаны конструкции и принцип работы шахтных сушилок с поперечно продуваемым кольцевым слоем материала для проведения процессов глубокой сушки гранулированных полимерных материалов, таких как: полиамид, полиэтилентерефталат, полипропилен, АВС-пластик, поликарбонат, полистирол. Все предложенные сушилки содержат четыре технологические части: зону загрузки и формирования слоя материала; зону нагрева; зону изотермической сушки; зону термостатирования. Использование данных конструкций значительно интенсифицирует процесс сушки.

Иногда для сушки полимерных материалов применяются вакуумные сушилки с механическим перемешиванием [41-43]. К достоинству данных сушилок следует отнести снижение температуры сушки, что важно при сушке термолабильных материалов, к которым относится большинство полимеров. В [44] изложен способ получения сухого (частично обезвоженного) ПАА, согласно которому водные растворы мономера диспергируют в органических растворителях (бензоле, хлорбензоле, четыреххлористом углероде, пентане), эмульсию барботируют инертным газом и полимеризируют под воздействием ионизирующего излучения различных доз в присутствии стабилизаторов - солей жирных кислот. После фильтрации ПАА досушивают в вакуумных аппаратах. Известен также способ обезвоживания ПАА геля в растворе этилового спирта [45].

Наиболее часто в промышленности для сушки ПАА геля используют двухступенчатую ленточную сушилку. На первую ступень непрерывно подаются гранулы полимера с влажностью 50-90 % при толщине слоя 10-20 мм, гранулы в сушилке постоянно перемешивают специальными ворошителями, и полимер с влажностью около 40 % поступает на вторую ступень, в которой он досушивается до заданной остаточной влажности, как правило, это 9-10%.

Иногда для сушки ПАА гранул используют барабанные сушилки, снабжённые полками для пересыпания гранул. С целью исключения прилипания полимера к стенкам сушилок их изнутри хромируют или покрывают полимерными материалами (полиэтиленом, поливинилхлоридом и др.) [46].

Известны также способы обезвоживания и очистки геля ПАА, включающие следующие стадии: замораживание, измельчение и обработку растворителем [47, 48]. Согласно [48], гель ПАА с любым содержанием основного вещества, воды и других примесей замораживают, после чего замороженный ПАА измельчают, образовавшиеся частицы замороженного ПАА подают в реактор с работающей мешалкой. Затем туда добавляют растворитель (например, смесь ацетона со спиртом, диметилформамид, пропанол и др.), адсорбирующий воду и примеси, но не растворяющий ПАА. Через 10-15 мин (в зависимости от количества воды и примесей в исходном геле ПАА) мешалку выключают, смесь растворителя с водой и примесями, выделившимися из частиц ПАА, сливают из реактора, примеси отфильтровывают, а растворитель отправляют на регенерацию, после которой его снова используют в процессе обезвоживания и очистки геля. Частицы обезвоженного и очищенного ПАА выгружают из реактора, остатки растворителя с частиц ПАА удаляют потоком любого инертного газа или воздуха.

В [49] предложена технология получения гранулированных водорастворимых сополимеров, где стадию сушки предлагается совмещать с окончательной сополимеризацией в комбинированной сушильной установке. Сушилка состоит из двух ступеней [50]. По ходу движения материала первая ступень представляет аппарат кипящего слоя, а вторая - аппарат фильтрующего слоя. При этом теплоноситель поступает сначала в аппарат фильтрующего слоя и после него, пройдя теплообменник, направляется в аппарат кипящего слоя. Такое конструктивное выполнение комбинированной сушилки позволяет регулировать температуру теплоносителя, как перед аппаратом фильтрующего слоя, так и перед аппаратом кипящего слоя.

В установке непрерывного действия для получения сухого ПАА [46, 51] совмещённые процессы сушки и полимеризации осуществляются в сушильной камере с радиационно-конвективным подводом теплоты.

Поступающий в сушилку полимер в форме ленты ложится на ролики бесконечного цепного конвейера и перемещается с помощью него вдоль аппарата. Термообработка полимера в сушилке приводит к ослаблению диффузионных ограничений на реакции инициирования и роста полимерной цепи. При этом удается сократить длительность технологического цикла и снизить энергозатраты, так как часть влаги испаряется за счёт теплоты химической реакции.

Методики расчета ленточной сушилки на основе предлагаемой математической модели

На основе проведённых экспериментальных исследований по сушке ПАА геля была показана перспективность использования совмещённого радиационно-конвективного энергоподвода. В соответствии с этим были предложены две методики расчёта ленточной сушилки: 1) с противоточным движением сушильного агента и влажного материала; 2) двухзонная сушилка с перекрёстным движением сушильного агента и ПАА геля.

В приложении № 3 представлен алгоритм расчёта ленточной радиационно-конвективной сушилки ПАА геля с противоточным движением фаз. В соответствии с ним, вначале осуществляется ввод исходных данных: - Gucx , кг/с - производительность по исходному продукту - влажному ПАА гелю; - UH и UK, кг вл./кг а.с. - начальное и конечное влагосодержание ПАА геля; - tCiH , С и VCiH ,м/с - температура и скорость движения сушильного агента (воздуха), подаваемого в сушилку; - xCtH и xCiK, кг вл./кг а.с.в. - начальное и конечное влагосодержание воздуха; - рСіН, кг/м3 - плотность подаваемого в сушилку воздуха; - hCJ1, м - плотность подаваемого в сушилку воздуха. Рассчитывается производительность по абсолютно сухому ПАА (G, кг/с). Далее из материального баланса по испарённой влаге

Рассчитывается производительность по абсолютно сухому ПАА (G, кг/с). Далее из материального баланса по испаренной влаги рассчитывается расход воздуха, необходимого для сушки (L, кг/с). На основе уравнения усадки ПАА геля в процессе сушки определяется высота слоя абсолютно сухого материала (hai0, и).

Так как нагрев ПАА свыше 100 С нежелателен, вследствие сшивки макромолекул полимера, что отрицательным образом влияет на растворимость готового продукта, максимальную температуру на поверхности ПАА в конце сушки (t„K) принимаем равной 95 С. После чегоиз зависимости (2.1.20) определяется значение максимальной удельной мощности (Wya, Вт/м ), подаваемой на излучатели. Следует отметить, что для определения коэффициентов XI, Х2, ХЗ по формулам (2.1.21), (2.1.22), (2.1.23) необходимо перевести параметры сушки из натуральных в кодированные значения.

Для простоты дальнейших расчётов значение удельной мощности, подаваемой на излучатели, считалась постоянной по всей длине сушилки. Однако, для интенсификации процесса сушки возможно ее увеличение с ростом влагосодержания ПАА геля (т.е. вначале процесса подается большая удельная мощность, а затем по мере высыхания ПАА геля удельную мощность, подаваемую на излучатели, следует уменьшать). Следует отметить, что предлагаемая методика зонального расчёта ленточной сушилки позволяет рассчитывать и такой вариант проведения процесса сушки.

Далее диапазон изменения влагосодержания ПАА геля от UH до UK разбивается на п зон (п 5), так чтобы распределение влагосодержания в каждой зоне соответствовало регулярному режиму. Расчет ленточной сушилки ведется от разгрузочной секции, поэтому UK,i = UK, tclll = tCtt, VCtHil = VCII.

После для первой зоны рассчитываются коэффициенты Y1...Y4, X1...X3,Z1...Z4по формулам (2.1.16)-(2.1.19), (2.1.21)-(2.1.23),(2.1.25)-(2.1.28), как функции кодированных значений параметров сушки: tcn.uV ,,,1, ya,ha. Затем по выражениям (2.1.15), (2.1.20), (2.1.24) определяются значения среднеобъёмной температуры, температуры на поверхности слоя ПАА, а также обобщённого коэффициента массоотдачи - параметра /?" в конце 1-й зоны, соответственно. По зависимости (2.1.10) вычисляется коэффициент массопроводности в конце 1-й зоны, как функция влагосодержания и среднеобъёмной температуры ПАА геля к} = f{UK,\,tK,i).

Далее рассчитываются высота слоя в начале и в конце 1-й зоны по (2.1.8), а также определяющий размер для данной зоны по формуле (2.1.7). На основании полученных данных, для 1-й зоны определяется значение массообменного критерия Био (BimI). После чего, из соотношения работы [87], рассчитывается коэффициент //,2. Подставляя в (2.1.9) ранее найденные величины, определяют время пребывания слоя ПАА геля в 1-ой зоне ленточной сушилки ( тх, с), необходимое для изменения его влажности от U„,г до иК,\. Причем, при расчёте относительной концентрации влаги, значения равновесных влагосодержаний в 1-ой зоне вычисляют по зависимости (3.5.1.1) при температуре поверхности слоя ПАА.

Далее необходимо рассчитать параметры сушильного агента в конце 1-ой зоны. Конечное влагосодержание сушильного агента (хск}) определяется материального баланса по испаренной влаги, составленного для 1-й зоны. Значение температуры сушильного агента на выходе из 1-ой зоны (/с,.л) определяется из теплового баланса составленного для этой зоны:

Экспериментальное исследование кинетики сушки полиакриламидного геля при непрерывном ИК-энергоподводе

На кинетику ИК-сушки влияет множество параметров, но их все можно условно разделить на три группы: - Параметры объекта сушки, связанные с его физико-химическими свойствами (плотность, теплоёмкость, оптические свойства (коэффициенты поглощения, отражения, степень черноты), структура пор, форма связи влаги в материале и т.д.); - Технологические параметры процесса сушки, связанные с технологией производства (схема проведения процесса сушки (прямоток, противоток, перекрёстный ток), величины материальных и тепловых потоков, начальное и конечное влагосодержание продукта и т.д.); - Аппаратные параметры, связанные с конструктивным оформлением ИК-сушилки (тип аппарата, расположение и форма излучателей и отражателей, наличие вспомогательных перемешивающих или иных устройств). Физико-химические свойства ПАА геля, поступающего на стадию сушки, во многом определяются технологией производства исходного мономера.

В данной работе раствор акри л амида был получен путём гидратации акрилонитрила в водной среде в присутствии биокатализатора, содержащего микроорганизмы, обладающие нитрилгидратазной активностью. В качестве биокатализатора была использована биомасса штамма бактерий Rhodococcus rhodochrous. Более подробно технология производства водного раствора акриламида биотехнологическим способом описана в [20]. После свободно-радикальной полимеризации и измельчения, был получен ПАА гель высокой чистоты с 35% концентрацией полимера. Образец измельченного ПАА геля представлен на рис. 3.2.1, насыпная плотность слоя рнас = 765 кг/м . В данном разделе представлены результаты экспериментальных исследований влияния технологических параметров на продолжительность сушки ПАА геля при непрерывном ИК-энергоподводе для двух типов ИК-излучателей. В качестве излучателей были использованы линейные кварцевые, а также керамические излучатели. Были проведены две серии экспериментов, в ходе которых изменялись следующие технологические параметры процесса сушки: высота слоя материала {ha) в диапазоне от 0,005 до 0,020 м с шагом 0,003 м; удельная мощность, подаваемая на излучатели, (W ) в диапазоне от 1732 до 4329 Вт/м с шагом 433 Вт/м .

Под понятием «удельная мощность» условимся понимать установленную электрическую мощность, подаваемую на ИК-излучатели, отнесённую к площади поперечного сечения камеры анализатора влажности (0,140 х 0,165 м). При проведении опытов при переменной высоте слоя, расстояние от излучателей до поверхности образца в начальный период сушки фиксировалось и составляло 40 мм. Эксперименты проводили в трёх повторностях для каждого типа ИК-излучателей. В ходе проведения опытов по ИК-сушке ПАА геля снимались кривые изменения температуры на поверхности tn = /(г) и в середине образца tlf = f(r), а также кривые сушки U = /(т) путём непрерывного взвешивания материала. На рис. 3.2.2. и 3.2.3. представлены данные опытов сушки образцов ПАА геля цилиндрической формы - диаметром 0,055 м и высотой 0,011 м при двух значениях удельной мощности 2165 и 4329 Вт/м для керамических и кварцевых излучателей. Однако, представляется наиболее рациональным изображение температурных кривых в виде зависимости температуры от влагосодержания ПАА геля t = f(U), поскольку температура материала зависит от теплофизических характеристик (теплоёмкость, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности), которые являются функцией влагосодержания [32, 33, 53,116]. В ходе математической обработки в среде MATLAB были получены кривые скорости сушки dU/dT = f(U) (рис. 3.2А), а также графически представлена разница температур на поверхности и в середине слоя ПАА геля в процессе ИК-сушки At = f(U) (рис. 3.2.5).

Предлагаемая энергосберегающая технология радиационно-конвективной сушки ПАА геля

На рис. 4.2.1 представлена принципиальная технологическая схема предлагаемой энергосберегающей технологии сушки ПАА геля. Согласно данной технологии тепло к влажному материалу передаётся при помощи совмещённого радиационно-конвективного энергоподвода, позволяющего интенсифицировать процесс сушки и тем самым сократить его продолжительность. ленточная сушилка; 2 - ИК-излучатели; 3 - центробежный вентилятор; радиальный крышной вентилятор; 5 - радиальный вентилятор; /- зона«жёсткой» сушки; II- зона «мягкой» сушки; III— зона охлаждения.

Также как и в существующей технологии ПАА гель, поступая на транспортёрную ленту в ленточную сушилку, последовательно проходит три зоны: I - зону «жёсткой» сушки, II - зону «мягкой» сушки и III - зону охлаждения. В I зоне материал высушивается с начальной влажностью 74,7% до влажности 32,5%, во II зоне материал высушивается до конечной влажности 9%. Ш зона предназначена для его охлаждения.

В I зоне тепловая энергия к влажному ПАА гелю подводиться с помощью радиационного энергоподвода, генерируемого линейными кварцевыми ИК-излучателями, а также предварительно нагретым, посредством контакта с материалом во П и III зонах, воздухом.

Во II зоне предлагаемой ленточной сушилки, аналогично I зоне, тепло подводиться посредством ИК-излучения, а во избежание перегрева поверхности ПАА геля материал обдувается потоком свежего воздуха при температуре 20-25С.

Удельная мощность, подаваемая на излучатели, в I и II зонах ленточной сушилки определяется в соответствие с предлагаемой математической моделью процесса радиационно-конвективной сушки ПАА геля, так чтобы температура поверхности слоя материала на выходе из зон не превышала 95С, так как не рекомендуется применять температурные режимы, при которых температура ПАА превышает 100 С, потому что в этом случае происходит сшивка макромолекул, что отрицательным образом влияет на растворимость готового продукта.

В III зоне происходит охлаждённого высушенного полимера до температуры 40С потоком свежего воздуха.

Такая организация потока сушильного агента позволяет охладить поверхностный слой ПАА геля во II зоне сушилки, что позволило работать при больших удельных мощностях, подаваемых на излучатели, что, в свою очередь, способствовало сокращению времени сушки. А рецикл нагретого воздуха из II и III зон способствовал более интенсивному прогреву материала в I зоне без лишних энергозатрат.

На рис. 4.2.2 представлен разрез секции предлагаемой радиационно-конвективной сушилки. Секция сушилки представляет собой теплоизолированную каркасную конструкцию. Внутри секции продольно разделены на 2 коридора: супшльный и вентиляционный. Внутри вентиляционного коридора расположены колёса циркуляционных вентиляторов, коллектора свежего и отработанного воздуха. В сушильном коридоре укреплены направляющие, по которым движется транспортёрная лента, а в верхней его части расположены ИК-излучатели, а также отражательные экраны. Воздух, подаваемый радиальным вентилятором, со скорость 1-2 м/с движется поперёк ленты транспортёра с ПАА гелем. Скорость сушильного агента регулируется, как вентилятором, так и при помощи регулирующей заслонки. После контакта с влажным материалом воздух направляется в коллектор, расположенный в нижней части секции. Для обеспечения доступа к ИК-излучателям секции сушилки снабжены быстросъёмными теплоизолированными щитами.

Похожие диссертации на Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля