Спосіб сушіння гранульованих полімерних матеріалів
Власники патенту UA 2480690:
Спосіб відноситься до галузі хімічної промисловості і служить для сушіння гранульованих полімерних матеріалів та композитів на їх основі. Спосіб енергозберігаючої сушіння гранульованих полімерних матеріалів, що включає подачу матеріалу, що висушується зверху вниз і продув через висушуваний матеріал теплоносія. Відпрацьований в зоні сушіння теплоносій подається у верхню зону сушарки для попереднього підігріву матеріалу, що надходить в режимі протитечії. Технічний результат - підвищення ступеня відпрацювання теплоносія за температурою збільшення продуктивності сушарки. 2 іл.
Винахід відноситься до галузі хімічної промисловості та служить для сушіння гранульованих полімерних матеріалів та композитів на їх основі.
Відомий спосіб високотемпературної сушіння зерна (Окунь Г.С., Чижиков А.Г. Тенденції розвитку технології та технічних засобів сушіння зерна. - М.: ВНДІТЕІагропром, 1987. - С.6, рис.1). Сушіння здійснюється шляхом подачі матеріалу зверху вниз, а теплоносій подається зсередини назовні. Цей спосіб дозволяє здійснити високотемпературний режим сушіння та підвищити рівномірність сушіння за рахунок циркуляції зерна в сушильній камері.
Істотним недоліком цього є неповне використання температурного потенціалу сушильного агента, що значно знижує техніко-економічні показники.
З відомих рішень найбільш близьким по технічній сутності і досягається до винаходу є спосіб сушіння зерна і гранульованих матеріалів (див. патент Україна RU 2171958 С1 за класом F26В 3/14, 17/12). Сушіння здійснюється шляхом подачі матеріалу зверху вниз, а теплоносій пронизує шар у поперечному напрямку. Відпрацьований теплоносій видаляється.При цьому недостатньо повно використовують потенціал сушильного агента. Ступінь відпрацювання теплоносія за температурою - трохи більше 10…15%.
Завданням пропонованого винаходу є підвищення ступеня відпрацювання теплоносія за температурою збільшення продуктивності сушарки. В результаті використання зазначеного способу досягається повне відпрацювання теплоносія при супутньому збільшенні продуктивності. Зазначений технічний результат досягається тим, що відпрацьований в зоні сушіння теплоносій подається в зону попереднього нагрівання матеріалу, де контактує в режимі протитечії з холодним гранульованим матеріалом, що надходить, і прогріває його. В результаті в зону ізотермічного сушіння полімерний матеріал надходить попередньо прогрітим до температури, близької до температури теплоносія, що позитивно відбивається на скороченні часу сушіння і призводить до збільшення продуктивності апарату в цілому.
Рудобашта С.П., Дмитрієв В.М., Плановський О.М. Аналітичний розрахунок процесу глибокого сушіння гранульованих полімерних матеріалів у шахтних сушарках // Хім. та нафт. Машинобудування, 1979. №4. С.14).
Ізотермічні умови сушіння досягаються шляхом інтенсивного прогріву гранульованого матеріалу при швидкості теплоносія 2...4 м/с (що реалізується в зоні прогріву) та подальшого сушіння у відносно спокійній гідродинамічній обстановці (швидкість теплоносія 0,05-0,1 м/с) сушильної камери сітчастими стінками. Це зумовлено надзвичайно низькими значеннями коефіцієнта дифузії полімерах. Інтенсифікація процесу сушіння може бути досягнута тільки шляхом підвищення температури полімерного матеріалу, що висушується. У запропонованому способі нагрівання та сушіння гранульованих полімерів здійснюються:
1) нагрівання гранульованогоматеріалу проводиться відпрацьованим теплоносієм у зоні нагріву в режимі протитечії зі швидкістю 2...4 м/с;
2) сушіння в режимі поперечного руху теплоносія зі швидкістю 0,05 ... 0,1 м / с, що оптимально для процесу сушіння.
Швидкість в зоні сушіння і в зоні нагріву при тому самому витраті теплоносія визначаються площею поперечного перерізу апарата в зазначених зонах. Ця обставина дозволяє оптимально проводити процес нагріву, так і процес сушіння. При цьому температура теплоносія на вході в зону сушіння апарату становить 120...160°С, на виході із зони сушіння - на 3...5°С менше, на виході із зони нагріву - на 3...5°С вище за початкову температуру матеріалу. За такої організації подачі теплоносія створюються умови для повного відпрацювання потенціалу теплоносія (здійснюється ефективна функція енергозбереження).
У реальних промислових сушарках для гранульованих полімерних матеріалів відпрацювання теплоносія за температурою становить 10...15%. Це з тим, що реалізується процес ізотермічної сушіння, у якому температура відпрацьованого теплоносія на 3…5°З вище температури висушеного матеріалу (Кавецький Г.Д. Обладнання виробництва пластмас. М.: Хімія, 1986. - 224 з.). При реалізації запропонованого способу додається стадія попереднього нагрівання матеріалу відпрацьованим теплоносієм, що суттєво підвищує рівень відпрацювання (до 95...97%).
Суть винаходу пояснюється кресленнями. На фіг.1 схематично зображена схема реалізації способу сушіння гранульованих полімерних матеріалів шахтній сушарці; на фіг.2 - схема руху теплоносія і матеріалу, що висушується в зонах попереднього нагріву і ізотермічної сушіння.
Пропонований спосіб реалізується використанням пристрою для сушіння, якиймістить: корпус 3, патрубок подачі теплоносія 1, вузол подачі вологого полімеру (циклон пневмотранспорту) 2, роздають та збірні коаксіальні дифузори 4 і 6, сушильну камеру з сітчастими стінками 5 секторний живильник 7.
Висушуваний матеріал подається зверху вниз за допомогою пневмотранспорту, далі надходить у зону формування шару, рухається по коаксіальним дифузорам 4 і надходить в сушильну камеру з сітчастими стінками 5. Швидкість руху матеріалу задається секторним живильником 7. На практиці швидкість руху становить 1…2 год. Час сушіння основних полімерних матеріалів (поліаміду, поліолефіни, полікарбонати і т.д.) з розмірами гранул 3...5 мм становить при температурі 130...150°С 3...5 год. по всій товщині. Матеріал у зону сушіння для прискорення видалення вологи подається попередньо підігрітим. Попереднє нагрівання грануляту здійснюється теплоносієм, відпрацьованим у зоні сушіння, але ще має високий температурний потенціал (зміна температури теплоносія в зоні сушіння становить 2…3°С). У зоні нагрівання рух матеріалу та теплоносія здійснюється в режимі протитечії, що дозволяє найбільш повно використовувати температурний потенціал теплоносія. На виході із зони нагріву теплоносій додатково пронизує шар матеріалу, що у зоні завантаження. Через війну температура теплоносія на виході перевищує температуру матеріалу на 3…5°З. Таким чином, вдається повністю використати температурний потенціал теплоносія.
На виході із зони сушіння висушений матеріал має деякий розподіл вмісту вологи по тілу гранули. Для вирівнювання вмісту вологи в окремих гранулах з метою забезпечення умовпереробки волокноутворюючих полімерних матеріалів призначена зона термостатування. Як відомо, волокноутворюючі полімерні матеріали (капрон, лавсан і т.д.) вимагають певної величини вмісту вологи, вище якої в волокнах утворюються бульбашки водяної пари, що створюють дефекти волокон. При нижчому вмісті вологи погіршуються умови процесу лиття через фільєри. Таким чином, наявність зони термостатування призводить до вирівнювання вмісту вологи всередині гранул, що створює оптимальні умови для процесу волокноутворення.
Використання запропонованого способу забезпечує порівняно з існуючими такі переваги:
1. Подача гранульованого полімерного матеріалу в зону сушіння вже прогрітим до температури, близької температури теплоносія;
2. Відпрацьований теплоносій не видаляється з сушарки, а використовується для нагріву вологого, що надходить, гранульованого полімерного матеріалу;
3. Сушіння здійснюється в режимі поперечної подачі теплоносія, що позитивно позначається на рівномірності вмісту вологи окремих гранул полімерного матеріалу. Поперечна продування тонких шарів грануляту покращує однорідність по кінцевому вмісту вологи матеріалу;
4. У зоні нагріву реалізується найбільш оптимальний з точки зору теплообміну режим протитечії, при якому на виході із зони температура відпрацьованого теплоносія близька до початкової температури матеріалу;
5. Зазначена організація руху теплоносія дозволяє підвищити відпрацювання теплоносія за температурою до 95...97%.
Спосіб енергозберігаючої сушіння гранульованих полімерних матеріалів, що включає подачу висушуваного матеріалу зверху вниз і продув через матеріал теплоносія, що висушується, відрізняється тим, що відпрацьований в зонісушіння теплоносій подається у верхню зону сушарки для попереднього підігріву в режимі протитечії матеріалу, що надходить.