На многих промышленных предприятиях химической, целлюлозно-бумажной, легкой и других отраслей промышленности, в том числе и на ремонтных заводах и депо железнодорожного транспорта в технологических процессах производства, образуется большое количество сточных и обмывочных вод, содержащих органические и неорганические примеси.
В процессе комплексной очистки этих вод путем отстаивания, флотации и механического обезвоживания получаются влажные осадки (с содержанием влаги до 75%), которые необходимо использовать или уничтожить. И в том и в другом случае следует уменьшить их влагосодержание до 25–35%. Одним из наиболее эффективных методов удаления влаги из осадка до заданной величины является его сушка в потоке встречных струй газа. В основу такой сушки положен принцип соударения двух потоков смеси газов и осадка при скорости 120–250 м/с. Эффективность такого процесса обусловливается движением потоков газовзвеси по соосным горизонтальным трубам навстречу друг другу до их соударения, в результате чего возникают колебательные движения струи и примесей, проникновение их из одной струи в другую, увеличение объемных концентраций осадка в зоне сушки, измельчение осадка, увеличение и обновление поверхности тепло- и массообмена.
В качестве примера на рисунке 12 приведена принципиальная схема установки для сушки осадка сточных вод целлюлозно-бумажного комбината, разработанная и внедренная НИИХиммаш.
Рис. 12 – Схема сушильной установки для сушки влажного осадка во встречных струях газовой среды: 1 – разгонная труба; 2 – циклонная топка; 3 – питатель; 4 – бункер влажного осадка; 5 – питатель; 6 – подъемная труба-сушилка; 7 – классификатор; 8 – циклон; 9 – бункер сухого песка; 10 – труба Вентури; 11 – центробежный скруббер; 12 – система удаления
Принцип работы установки можно проанализировать по обозначениям и указаниям движения потоков на схеме, поэтому ограничимся анализом устройства и работы отдельных узлов установки. Питатели на линиях должны обеспечивать беспрерывную и равномерную подачу сырого осадка в разгонные трубы, а сухого – в циклонную топку на сжигание. Чаще всего и в том и другом случае используются шнековые питатели разных конструкций.
Конструкция циклонной топки приспособлена для сжигания мазута и сухого осадка раздельно или вместе. Для лучшей организации процесса горения осадка от питателя в топку он подается воздухом (пневмотранспортом). Топочная камера оборудована замкнутой системой испарительного охлаждения. Пар из рубашки топки направляется в ребристый конденсатор, где происходит его конденсация. Конденсат из конденсатора возвращается насосом в топочную камеру для охлаждения ее. Охлаждающей средой в конденсаторе является воздух, который после нагревания используется как компонент горения топлива. В состав топочного устройства входит и узел шлакоудаления – шнековый транспортер с водяной ванной. Сечения входных патрубков в разгонные участки и в пневмотрубы выбирают в зависимости от скорости газовзвеси.
Сепаратор-классификатор снабжен лопаточным аппаратом для распределения осадка по фракциям. Во внешнем конусе осаждаются самые крупные и влажные частицы, которые самотеком выводятся из классификатора в бункер сырого осадка для досушивания. Более мелкие частицы улавливаются во внутреннем конусе и поступают черев питатель в бункер сухого осадка. Из бункера часть сухого осадка поступает в циклонные топки как топливо, а остаток направляется на склад. Самые мелкие частицы выносятся из сепаратора вместе с потоком газа в систему газоочистки. Таким образом, источником теплоты в этих установках может служить как естественное топливо, например мазут, так и высушенный осадок, если, конечно, его теплота сгорания достаточна для организации и поддержания процесса горения.
В рассмотренном варианте установки примерно 50% теплоты, необходимой для испарения влаги, подводится с газами, полученными при сжигании мазута, а 50% – с газами, полученными при сжигании высушенного осадка. Удельный расход теплоты составляет 3800 – 4250 кДж/кг влаги, топлива – b об = 0,144 кг у.т./кг влаги, в том числе мазута – b м = 0,068 кг у.т./кг влаги.
Терморадиационная сушка
Известно, что плотность теплового потока излучением q л от одного тела к другому в диаметрической среде (воздухе) пропорциональна разности абсолютных температур этих тел в четвертой степени. Это значит, что при допускаемых в процессе сушки разностях температур и достаточно высоких интегральных степенях черноты поверхностей величина q л будет в 10–40 раз больше, чем при конвективном теплообмене. Для достижения равномерного облучения целесообразно применять излучатели, форма поверхности которых соответствовала бы форме поверхности нагреваемого тела. Наиболее удобная форма излучающих поверхностей может быть создана из полых панелей и каналов, обогреваемых топочными газами. Эта система обогрева излучателей экономичнее ламп накаливания, использующих в качестве источника теплоты электроэнергию. Следовательно, в терморадиационных сушильных установках можно интенсифицировать процесс сушки без применения больших скоростей и высоких температур сушильного агента. Однако интенсивность сушки зависит не только от плотности теплового потока на поверхности высушиваемого материала. На ее величину влияют также условия распространения влаги внутри материала и параметры на границе фазового перехода воды в воздух, то есть коэффициент влагообменаат и разность парциальных давлений пара. Поэтому чаше всего радиационная сушка применяется при удалении свободной влаги из поверхностных слоев тонкого материала или растворителей из лакокрасочных покрытий, когда условия распространения влаги внутри слоя материала не ограничивают ее поступление к поверхности испарения.
Для более эффективной эвакуации пара из рабочих камер сушильных установок непрерывного действия терморадиационная сушка сопровождается принудительной подачей атмосферного или нагретого воздуха в зону сушки. На рисунке 13 приведена схема одной из установок для комбинированной радиационно-конвективной сушки. В этой установке предусматривается возврат (рециркуляция) части уходящих газов после смешения их с топочными газами в смесителе (7). Организован подогрев воздуха (сушильного агента), поступающего через нижние коллекторы (6) в камеру сушки. Отсос воздуха осуществляется вместе с газами из верхней части сушильной камеры. Смесь газов и воздуха пропускают через воздухоподогреватель (4). Сушилка применяется для сушки изделий, покрытых лакокрасочными веществами. При температуре излучающих панелей 450–500 °С температурная неравномерность по высоте камеры не превышает нескольких градусов. Продолжительность сушки 8 мин, что в 5–8 раз меньше продолжительности при чисто конвективной сушке. Интенсификации процесса сушки способствуют подогрев сушильного агента и рециркуляция газов.
Рис. 13 – Схема терморадиационной сушильной установки: 1 – изделие; 2 – излучающая панель; 3 – вентилятор; 4 – воздухоподогреватель; 5 – цепь конвейера; 6 – коллектор нагретого дутья; 7 – камера смешения; 8 – топочная камера; 9 – дымосос
Список литературы
Технология и оборудования процессов переработки нефти и газа.С.А.Ахметов.
Процессы и аппараты нефти и газо переработки. А.И.Скобло.
Основные процессы и аппараты химической технологии 2009г А.Г. Касаткин.