Публикации сотрудников АО «НИИхиммаш»

Краткий обзор последних разработок АО "НИИХИММАШ" в области термического обезвоживания материалов и прокалочных процессов.

Опубликован 24.01.2006 на сайте www.niichimmash.ru . Автор Э.Л.Ламм.

1. Нефтехимическая промышленность

АО "НИИхиммаш" создало новые сушильно-прокалочные комплектные установки, обеспечившие требуемое высокое качество катализаторов, не уступающих импортным образцам.
Одна из таких уст ановок для производства цеолита показана на рис. 1. 1.gif

 Рис. 1. Схема установки для сушки и прокалки цеолитов. 

1 - емкость; 2 - насосы; 3 - распылительная сушилка; 4 - вентилятор; 5 - теплогенератор; 6 - циклон; 7 - фильтр; 8 - дымосос; 9 - скруббер Вентури; 10 - емкость; 11 - насос; 12 - шнек; 13 - прокалочный аппарат; 14 - вентилятор; 15 - теплогенератор; 16 - выгружатель; 17 - циклон пневмотранспорта; 18 - вентилятор пневмотранспорта; 9 - фильтр пневмотранспорта; 20 - емкость для суспензии.

Технические характеристики

Производительностькг/час
по исходному продукту770
по продукту после сушки170
по продукту после прокалки125
Влажность%
начальная84
после сушки25
после прокалки0
Установленная мощность, кВт175

Распылительная сушилка с форсуночным распылением работает в прямоточном режиме при достаточно высокой температуре теплоносителя.
Высушенный порошкообразный продукт досушивается и прокаливается в парогазовой среде во вращающемся барабане. Нормированное время пребывания и апробированные регламентные технологические параметры обеспечили высокое качество цеолита.

Использование отработанного тепла прокалочной ступени в качестве вторичного тепла сушильной ступени позволило сократить приблизительно на 18 % тепловые затраты в установке, а двухступенчатая система пылеулавливания и санитарной пылеочистки обеспечила "жёсткие" требования по нормативным пылегазовым выбросам. Установка успешно отработала более шести лет. В развитие данного производства создана установка удвоенной мощности.

Одним из весьма эффективных катализаторов при переработке нефти является алюмосиликатный микросферический катализатор. Действующее производство катализатора по своим техническим решениям устарело. АО "НИИхиммаш" по исходным данным заказчика разработало новую конструкцию распылительной сушильной камеры. Изменение системы газораспределения с локальным подводом теплоносителя к каждой форсунке, а также замена метода диспергирования, создали условия для получения укрупнённого и более однородного грансостава при равномерной термической обработке диспергированных частиц в сушилке (рис. 2).
2.gif

Рис. 2. Схема установки для сушки и прокалки микросферического катализатора крекинга.

1 - плунжерный насос; 2 - фильтр; 3 - распылительная сушилка; 4 - батарейные циклоны; 5 - дымосос; 6 - скруббер Вентури; 7 - каплеуловитель; 8 - насос; 9 - вентилятор; 10 - бак; 11 - сепаратор; 12 - прокалочный аппарат; 13 - циклон пневмотранспорта; 14 - охладитель продукта; 15 - скруббер Вентури с каплеуловителем.

Технические характеристики

Производительностькг/час
по готовому продукту500
Влажность%
начальная0
после прокалки0÷1
Расход газа, м³/ч1280
Установленная мощность, кВт700

Здесь, как и в предыдущей технологии, качество катализатора окончательно формируется в прокалочном аппарате.
Основными условиями высококачественной прокалки являются:
- двухступенчатый температурный режим;
- регламентированное время пребывания катализатора в каждой ступени;
- парогазовая среда, контактирующая с частицами катализатора.

Использование благоприятных физико-механических свойств микросфер, в частности, их высокой сыпучести, при разработке колонного аппарата с кондуктивной передачей тепла катализатору, позволило реализовать все три необходимых условия качественного проведения процесса, чего не удавалось сделать прежде в условиях колонны с конвективным режимом прокалки.

Установка характеризуется энергоэкономным процессом, благодаря теплоиспользованию отработанного теплоносителя прокалочной печи в качестве сушильного агента.
Как и в первом случае, комплектная установка оснащена системой очистки отработанного теплоносителя, блоком охлаждения готового продукта, узлом дозированного питания, транспортом продукта внутри установки, бункером готовой продукции и другими узлами, создающими необходимую инфраструктуру комплектной установки.

2. Химическая промышленность

Технология получения в сухом виде хлоридов кальция и магния осложнена высокой гигроскопичностью готового продукта.
Поэтому получение сухого  CaCl2   в порошкообразном виде или в виде тонких чешуек нежелательно для потребителя, т.к. продукт в таре, даже герметичной, достаточно быстро превращается в глыбу.

Поэтому отдельные производства стремятся получить сухой продукт в гранулированном виде.
Исследования сорбционных свойств в атмосферном воздухе порошкообразного и гранулированного  CaCl2  показали, что если первый сохраняет сыпучие свойства в пределах 0,5 часа, то гранулированный - более 20 суток.

При создании комплектной сушильно-грануляционной установки (рис.3) АО "НИИхиммаш" использовало собственную конструкцию распылительной сушилки-гранулятора типа РГ (поз. 3), которая отличается от других моделей тем, что в верхней зоне сушильного аппарата в режиме распылительного процесса при высокой температуре теплоносителя (≈ 600 ºС) удаляется до 70...80 % всей влаги, а в нижней зоне псевдоожиженного слоя при температуре максимально допустимой для продукта (≈ 350 ºС) происходит гранулирование и досушка гранул.

3.jpg

Рис. 3. Установка для сушки раствора хлористого кальция с получением гранулированного продукта.

1, 5, 13, 15, 18 - тягодутьевые вентиляторы; 2 - теплогенератор; 3 - распылительная сушилка-гранулятор; 4, 12 - циклоны; 6 - скруббер-испаритель; 7 - емкость; 8, 9 - насосы; 10 - классификатор; 11 - дробилка; 14 - кондиционер влажности продукта; 16 - увлажнитель газов; 17 - регулятор расхода воды.

Технические характеристики

Производительностькг/час
по исходному раствору: скруббера-испарителя3150
сушилки
2360
по испаренной влаге: скруббера-испарителя790
сушилки
1260
по готовому продукту1250
Расход газа природного, м³/ч315
Установленная мощность, кВт368
Масса установки, кг35800
Габариты, м15х12х14

Данная схема процесса по теплозатратам практически вдвое ниже варианта сушилки, в которой подача всего теплоносителя осуществляется под решётку псевдоожиженного слоя. Именно последний вариант используется на двух химических заводах, выпускающих гранулированный CaCl2.

Проблема минимизации энергозатрат не ограничена конструкцией эффективной сушилки. Утилизация тепла отработанного теплоносителя сушилки в распылительном испарителе поз. 6 приводит к 100 % использованию тепла сушильного агента. Анализ кривых растворимости в координатах "температура-концентрация" показал, что подобным способом можно удалить из исходного раствора до 35 % всей влаги, что и предусмотрено в данной установке. Последнее, в свою очередь, приводит к заметной экономии энергозатрат.

Данная установка решает задачи получения гранулированного CaCl2 трёх различных модификаций: безводного CaCl2, двухводного CaCl2·2Н2О и четырёхводного CaCl2·4Н2О.

В случае, когда выпуск гранулированного CaCl2 ограничен безводной модификацией, блок увлажнения п.п. 14 ÷ 18 из объёма поставки исключается.

Создана усовершенствованная полочная сушилка для акварельных красок, в которой на основании исследования рационального температурного режима, обеспечивающего интенсификацию сушки при сохранении товарного вида и качества красок, удалось решить три актуальные задачи:

- минимизировать энергозатраты, которые для низкотемпературного процесса при проточном режиме движения теплоносителя весьма значительны в удельном выражении,

- обеспечить рациональную управляемую гидродинамику в сушилке с условием равномерности обработки всех поддонов с расположенными на них изложницами с краской,

- разработать вариант конструкции, приближающий работу сушилки к непрерывному процессу; очевидно, что последнее условие позволяет сократить габариты сушилки по сравнению с сушилками периодического действия, работающими в этих производствах.

На рис. 4 показана данная комплектная установка в достаточно компактном исполнении. Нагрев воздуха здесь по условиям производства осуществляется в электрокалориферах.

4.gif

Рис. 4. Установка для сушки акварельных красок. 

Данная установка производительностью 50 кг/ч по исходной пасте и 9,1 кг/ч по испаренной влаге при упомянутой величине рециркуляции затрачивает энергии на нагревание теплоносителя в 5÷6 раз меньше, чем при работе по проточной схеме.

Сушильная камера, являясь по своей сути полочной конструкцией, снабжена специальной системой равномерного распределения поступающего теплоносителя в каждое пространство между поддонами и соответствующего отвода отработанного теплоносителя.

Для организации цикличного процесса загрузки и разгрузки камеры все поддоны устанавливаются на тележки лёгкого хода, которые расположены симметрично в два ряда по обе стороны от газоподводящего короба.

Возможность быстрого закатывания двух параллельных тележек и одновременной эвакуации двух тележек с высушенным продуктом обеспечена за счёт конструкции мобильных ворот и других механических приспособлений.

Таким образом достаточно устаревшая и малоэффективная сушилка трансформирована в весьма экономичную и полунепрерывную установку.

Для химической отрасли разработаны и другие весьма эффективные новые сушильные установки для обезвоживания различных материалов: диоксида марганца, сточных вод, жидкого стекла и др., однако они здесь не рассмотрены ввиду избыточного объёма материала.

3. Целлюлозно-бумажная промышленность и древесные отходы

Сушильные установки для лигносульфонатов имеют два варианта аппаратурных исполнений: традиционные распылительные сушильные установки и распылительные сушилки-грануляторы типа РГ (по типу рис.3).
Оба типа отличаются грансоставом конечного продукта: в первом варианте - порошок, во втором - гранулы.
Использование того или иного варианта определяется, в основном, требованиями потребителей к виду конечной продукции. Энергетически оба варианта весьма близки друг другу.
Классическая распылительная сушильная установка для лигносульфонатов показана на рис. 5.

5.gif

Рис. 5. Типовая схема установки для распылительной сушки растворов и суспензий.

1. - сборник суспензии; 2. - смеситель; 3. - теплогенератор; 4 - распылительная сушилка; 5. - циклон; 6 - скруббер; 7. - циркуляционный бак; 8. - циклон пневмотранспорта; 9. - бункер; 10. - дутьевой вентилятор; 11. - дымосос; 12. -вентилятор пневмотранспорта; 13. - насос; 14. - тара.

Характерной особенностью установок для лигносульфонатов является взрывоопасность процесса на участках сухого порошка. По этой причине оборудование установки, внутри которого находится пылегазовая система, снабжено взрывозащитными клапанами и системой пожаротушения, установленной внутри пожароопасных аппаратов.

Противовзрывные устройства обеспечивают не только безопасность персонала в аварийной ситуации, но и предотвращают разрушение оборудования, не допуская возникновения в нём завышенных давлений.

Транспортирование готового сухого порошка в границах установки осуществляется в режиме пневмотранспорта; одновременно происходит охлаждение порошка. Группа циклонов и скруббер надёжно обеспечивают нормативы по допустимым пылевым выбросам.

Подобные установки широко используются в различных технологиях: в микробиологии, производстве стройматериалов, керамических пресспорошков, в производстве СМС и многих других. 
 
В зависимости от мощности производства, вида материала и его физико-механических свойств и химсостава распылительные сушилки могут комплектоваться центробежными распылителями (тип РЦ) или форсунками (тип РФ), быть прямоточными или противоточными.

Распылительные сушильные установки надёжны в эксплуатации, легко автоматизируются.

Сушильная установка для древесных волокон осины, используемых в качестве наполнителя в пластмассах, решена на основе двухступенчатой пневмосушилки с аэрофонтанными элементами. Установка выполнена по энергосберегающей технологии и содержит узлы пожаро- и взрывозащиты.

Сушильная установка работает с паровыми теплообменниками для нагревания воздуха и укомплектована всей необходимой инфраструктурой, обеспечивающей надёжное функционирование установки на требуемой производительности и с высоким качеством готового продукта. 

Технические характеристики

Производительностькг/час
по исходному продукту18330
по испаренной влаге8330
Влажность%
начальная52
конечная12
Мощность электроприводовкВт
установленная1680
потребляемая780
Габариты, м24х20х37
Масса установки, т141

Установка может использоваться для сушки дроблёных волокон осины и других лиственных пород, а также мелких опилок.

4. Пищевая промышленность и кормопроизводство

Пищевая промышленность, перерабатывающие заводы агрокомплекса широко используют сушильные установки, которые являются, как правило, завершающей стадией получения готового продукта.

Из класса атмосферных сушильных установок наиболее широко используются распылительные сушильные установки, которые, несмотря на значительные габариты сушильных камер, гарантируют получение высококачественного продукта благодаря "мягкому" температурному воздействию на продукт. Именно по этой причине при сушке молока, сыворотки, меланжа, кофе и многих других пищевых, медицинских, микробиологических продуктов используются распылительные сушилки.

Стойкие к эрозионно-коррозионному износу распылители, обеспечивающие при этом качественное диспергирование; отработанные регулируемые конструкции газоподводящих устройств, позволяющие оптимизировать взаимодействие факела распыления и потока теплоносителя, приводят, в конечном счете, к получению регламентированного высушенного материала, исключению проблемных отложений в сушильной камере, надёжной работе установки при достаточно длительных циклах непрерывной эксплуатации.
Пример достаточно типовой прямоточной конструкции распылительной сушилки, в данном случае с форсуночным распылением, показан на рис. 6.

6.gif

Рис. 6. Типовая конструкция прямоточной распылительной сушилки.

1 - распылительная сушилка; 2 - распылитель; 3 - газоподводящее устройство; 4 - отводящий короб; 5 - теплогенератор; 6 - вентилятор дутьевой; 7 - теплоноситель; 8 - выгружатель сушилки; 9 - бункер готового продукта; 10 - упаковка; 11 -выгружатель циклона; 12 - циклон; 13 - фильтр рукавный; 14 - выгружатель фильтра; 15 - отсасывающий вентилятор.

Таблица базовых типоразмеров распылительных сушилок, освоенных в различных производствах

Типоразмер
сушилок "РФ"

Производительность
по испаренной
влаге, кг/ч

Типоразмер
сушилок "РЦ"

Производительность
по испаренной
влаге, кг/ч

РФ1,0-1,2
РФ2,0-12
РФ2,5-25
РФ3,2-50
РФ6,0-300
РФ8,0-800

3…10
50…300
75…625
200…1250
800…3500
2500…9000

РЦ1,0-1,2
РЦ3,2-11
РЦ4,0-60
РЦ5,0-100
РЦ6,5-200
РЦ8-300
РЦ10-550
РЦ12,5-1500

3…10
25…100
200…1000
300…2000
700…4000
1000…6000
2000…12000
4000…25000


В установках с сушилками подобной конструкции (с форсуночным или центробежным распылением) успешно отработано получение качественных сухих порошков альбумина, желчи, обезжиренного молока, кисломолочной и подсырной сыворотки, кормовых белковых продуктов и др.

Все комплектные распылительные сушильные установки весьма эффективны при получении из жидких термочувствительных продуктов сухих порошков.

Для различных производств они отличаются температурными и гидродинамическими режимами, комплектацией оборудования и конструкцией, как самой сушилки, так и сопутствующего оборудования.

5. Некоторые примеры модернизации сушильных установок

Весьма продуктивным является направление по модернизации ленточных сушилок.

На многих производствах, эксплуатируясь длительное время, они не претерпели сколько-нибудь существенной модернизации, продолжая выполнять свою задачу по сушке различных материалов весьма неэффективно: производительности незначительны, относительные энергозатраты велики.

Этот тип сушилок, тем не менее, рационален, когда процесс удаления влаги проходит, в основном, во втором периоде сушки, когда требуется высокая продолжительность процесса из-за значительного диффузионного сопротивления поверхности частиц продукта или необходимости "деликатного" удаления влаги из достаточно крупных фракций продукта по причине его возможной деструкции или нарушения товарного вида.

АО "НИИхиммаш" провело ряд работ по совершенствованию технологии сушки и модернизации конструкции ленточных сушилок в производствах заказчиков.
Среди основных производств: сушка кормов домашних животных, сушка таблеток "Рондо", обезвоживание гранул силикагеля и др.

При модернизации сушильных установок АО "НИИхиммаш" проводит комплекс работ:
- обследование действующей установки и уточнение постановки задачи;
- проведение целевых исследований по определению оптимальных температурных и гидравлических режимов обработки продукта на ленте сушилки; этот этап работы выполняется на модельной установке в лаборатории НИИхиммаш;
- по результатам первых двух этапов применительно к условиям действующей сушилки разрабатываются технические решения по модернизации конструкции сушилки и установки в целом.

Существенный эффект был достигнут при модернизации распылительной сушильной установки в производстве сухого молока и сухой сыворотки на Белебеевском молочном комбинате (БМК).
Типовая сушильная установка типа РЦ8-300ВК-21, применённая для молочных продуктов, как показало обследование, не была своевременно конструктивно уточнена под данную технологию, что приводило к подгоранию продукта, большому проценту брака, неудовлетворительной работе пневмотранспорта.

Рекомендации, выданные специалистами АО "НИИхиммаш" и реализованные БМК по уточнению конструкции газоподводящего устройства и режима его работы, наладке температурного режима, работе пневмотранспорта, системе автоматического управления, позволили получить 100 % качественный продукт, резкое сокращение простоев на чистку оборудования, увеличение производительности на 20 % и надёжную работу установки в непрерывном режиме.

На действующих производствах модернизация зачастую осуществляется сразу на натурном образце без необходимой предварительной проработки.
Последствия этого в большинстве случаев негативны: длительные сроки модернизации, многочисленные и дорогостоящие исправления, отсутствие заметного результата.
Представленный выше материал содержит примеры конкретных комплектных сушильных и сушильно-прокалочных установок, каждый из которых разработан применительно к определённой технологии и с учётом конкретных свойств и требований к конечному продукту. Большинство разработок АО "НИИхиммаш", как новых, так и модернизированных, обладают патентоспособностью (некоторые запатентованы, другие патентуются) или содержат "ноу-хау".

Изложенный материал не содержит многих разработок сушильных установок и целых технологических комплексов, спроектированных АО "НИИхиммаш", представляющих определённый интерес для исследователей, конструкторов и производственников, работающих в различных технологических направлениях.

Разрабатывая и осваивая новые современные производства, модернизируя устаревшее оборудование, АО "НИИхиммаш" стремится к полному учёту технологических требований заказчика, разрабатывая сушилки и сушильные установки, соответствующие современному техническому уровню и учитывающие экономическую эффективность капитальных и эксплуатационных затрат.

Обзор подготовил начальник отдела №7, к.т.н. Ламм Эдуард Львович