Введение.
Полиэтилен - один из многотоннажных термопластов. Он находит широкое применение в различных отраслях промышленности, транспорта и сельском хозяйстве. Переработка отходов полиэтилена с целью получения тонкодисперсных порошков имеет большое значение не только с позиции охраны окружающей среды, но и с точки зрения сокращения расхода первичных полимеров, поскольку в условиях дефицита сырья полимерные отходы являются мощным сырьевым ресурсом. В настоящее время имеются отходы полиэтилена низкой плотности, как в твердом виде, так и в виде полимерного геля. Например, в процессе формирования фибриллярной структуры синтетической кожи методом селективной экстракции органическим растворителем образуется гель полиэтилена. Разработана технология выделения полимерной фазы в виде тонкодисперсного порошка из гелей полиолефинов путем упруго- деформационного измельчения полимерного геля. Гель полиэтилена перерабатывается с помощью аппарата шнекового типа. Получаемые по этой технологии порошки могут быть использованы не только как наполнители в композиционных материалах, но и как сорбенты нефтепродуктов. Полученный порошок не уступает таким порошкообразным сорбентам как Turbo-Jet (Франция), Peat-Sorb (Канада), Эколан (Россия), СибСорбент-1 (Россия). Образующийся в шнековом аппарате порошок полиэтилена насыщен органическим растворителем. Поэтому разработка эффективного и экологически безопасного способа сушки полимерного порошка от органического растворителя является актуальной научно-технической задачей. Научно обоснованный выбор способа сушки полимерного порошка от органического растворителя и режимных параметров этого процесса предполагает знание ряда характеристик объекта сушки: сорбционно-структурных, тепловых, гигротермических, структурно-механических, технологических. Применение методов математического моделирования позволяет достоверно прогнозировать рациональные конструкционные и технологические параметры при разработке аппаратурно-технологического оформления процесса сушки.
Следует отметить, что применение вакуумных сушилок в химической промышленности, несмотря на их более высокую стоимость и сложность по сравнению с атмосферным сушилками, диктуется технологическими соображениями: они пригодны для сушки чувствительных к высоким температурам, а также токсичных и взрывоопасных веществ, для получения высушенных продуктов повышенной чистоты, а также в тех случаях, когда необходимо улавливание (конденсация) паров неводных растворителей, удаляемых из материалов.
Сушка − термический процесс удаления (испарения) влаги из твердых материалов. Различают тепловую вакуумную сушку и сублимационную вакуумную сушку материала в замороженном состоянии. Вакуумную сушку используют для чистых химических продуктов, взрывоопасных и термочувствительных материалов и т.д.
Вакуум-гребковая сушилка.
Альтернативным способом сушки порошка полиэтилена является сушка в вакуум-гребковой сушилке. Гребковые сушилки - это аппараты, внутри которых вращается вал с лопастями - гребками, перемешивающими высушиваемый материал. Конечный продукт в них благодаря перемешиванию получают в грубо измельченном виде (в виде крупы). Для обогрева служит рубашка корпуса аппарата, в которую подается пар или горячая вода; полый вал, внутрь которого подается теплоноситель; и, наконец, одновременно и вал, и рубашка. На рис. 1 представлена альтернативная схема сушки порошка полиэтилена от органического растворителя.
Рис. 1.Схема сушки полимерного порошка.
1-аппарат для удаления органического растворителя; 2 - вакуум-гребковая сушилка; 3 - теплообменник-конденсатор; 4 -декантатор; 5 - ловушка капель; 6 - вакуум-насос.
Данная схема подразумевает отдельные сушилки для каждой стадии сушки. Поэтому первую стадию можно проводить независимо от второй, что позволяет сэкономить время и увеличить производительность.
Рисунок 2. Гребковая сушилка.
Гребковая сушилка с реверсивным перемешиванием материала.
Гребковые вакуумные сушилки (вакуумный сушильный барабан) работают по принципу - контактной сушки. При контактной сушке все тепло, необходимое для испарения влаги, передается материалу через стенку, отделяющую материал от теплоносителя. В качестве теплоносителя при контактной сушке обычно используют насыщенный водяной пар. Преимущество контактных сушилок в том, что отсутствует сушильный агент - не требуется очистка от пыли больших количеств воздуха или другого теплоносителя, использующегося обычно при конвективной сушке. При контактной сушке высушиваемый материал не загрязняется продуктами сгорания топлива или другими примесями, содержащимися в воздухе. Однако контактные сушилки в большинстве своем более материалоемки и соответственно имеют большую стоимость. Наиболее подходят контактные сушилки для сушки под вакуумом при невысоких температурах. Поэтому наибольшее распространение они получили в пищевой промышленности.
В этих контактных сушилках периодического действия скорость сушки несколько увеличивается за счет перемешивания материала медленно вращающейся горизонтальной мешалкой с гребками; вместе с тем, они не требуют ручной загрузки и выгрузки материала подобно вакуумным сушильным шкафам.
Гребковая сушилка (рис. 1) состоит из цилиндрического корпуса с паровой рубашкой 2 и мешалки 3. Гребки мешалки закреплены на валу взаимно перпендикулярно; на одной половине длины барабана гребки мешалки изогнуты в одну сторону, на другой половине – в противоположную. Кроме того, мешалка имеет реверсивный привод, автоматически меняющий каждые 5—8 мин направление ее вращения. Поэтому при работе мешалки материал (загруженный через люк 4) периодически перемещается от периферии к середине барабана и в обратном направлении. Вал мешалки может быть полым и через него можно также осуществлять нагрев высушиваемого материала. Свободно перекатывающиеся между гребками трубы 5 способствуют разрушению комков и дополнительно перемешивают материал. Разгрузка высушенного материала производится через люк 6. Корпус сушилки соединен с поверхностным или барометрическим конденсатором и вакуумным насосом.
Рисунок 3.
Производительность сушилки зависит от температуры греющего пара, величины разрежения и начальной влажности материала. В анилинокрасочной промышленности, где главным образом применяются эти сушилки, напряжение их поверхности по влаге колеблется в пределах 6–8 кг/(м2 ч), т. е. выше, чем для вакуум-сушильных шкафов, но сушильный агрегат более сложен и требует больших эксплуатационных расходов. Следует отметить, что применение вакуумных сушилок в химической промышленности, несмотря на их более высокую стоимость и сложность по сравнению с атмосферными сушилками, диктуется технологическими соображениями: они пригодны для сушки чувствительных к высоким температурам, а также токсичных и взрывоопасных веществ, для получения высушенных продуктов повышенной чистоты, а также в тех случаях, когда необходимо улавливание (конденсация) паров неводных растворителей, удаляемых из материалов.
Особенности.
Благодаря большой площади нагревания, тепло быстро проводится, и эффективность увеличивается.
В вакуумной сушилке с гребковой мешалкой непрерывно осуществляется движение сырья внутри цилиндра, что способствует равномерному и быстрому нагреванию и обеспечивает высокую эффективность сушки. Сушилка подходит для сушки пульповидного материала, пасты или порошкового сырья.
В устройстве вакуумной сушилки с гребковой мешалкой используется новейшие вид редуктора двухступенчатого типа, с целью снижения энергопотребления при одновременном повышении крутящего момента.
Принцип действия вакуумной сушки с гребковой мешалкой.
Сушилка представляет собой горизонтальное сушильное оборудование периодического действия. Жидкость из влажного сырьевого материала испаряется посредством теплообмена. Мешалка с резиновым скребком удаляет все сырье от горячей поверхности и круговой циркуляцией передается в контейнер. Испарившаяся влага откачивается вакуумным насосом.
Применение.
Вакуумная сушилка с гребковой мешалкой подходит для сушки сырья для фармацевтической промышленности, пищевой промышленности, химической промышленности, и так далее.
Сушилка подходит для: пульповидных, пастообразных смесей или порошкообразного сырья; термочувствительного сырья, для сушки которого требуется более низкая температура, сырья, которое легко окисляется, является взрывоопасным, содержит сильные раздражители или является токсичным, сырья с содержанием растворителей, которые должны быть восстановлены.
количество испаряемой воды зависит от характеристик сырья и температуры сушки. Параметры могут зависеть от разных факторов, таких как используемые материалы, температура и объема при сушке.