Эта статья дает краткий обзор существующих типов сушилок и технологий сушки, имеющих отношение к биологической промышленности. Технологии сушки очень разнообразны и помимо экономических соображений, выбор метода сушки и типа сушилки для конкретного процесса зависит от вида исходного продукта и желаемых свойств конечного продукта. Для получения экономически эффективного процесса сушки, который дает продукт неизменно высокого качества, важно иметь детальное представление о различных элементах выбранной технологии сушки. Распылительная сушка является одной из технологий, где понимание процесса продвинулось значительно вперед в последние годы. Эта статья описывает некоторые из новых методов, которые используются для исследования сушки распылением. Она включает в себя описание аппарата для изучения одной частицы сушки в деталях и объяснение того, как экспериментальные результаты этого аппарата в сочетании с передовыми программами компьютерного моделирования смогут помочь в улучшении конструкции оборудования.

Введение

Целлюлозно-бумажная промышленность активно участвует в разработке новых продуктов из биомассы и целлюлозных материалов. В связи с этим существует постоянный поиск подходящих методов производства. Одной из операций, входящих в процесс является сушка. Стадия сушки биомассы в процессе переработки целлюлозных материалов преследует несколько целей, таких как сокращение транспортных и складских расходов и продления срока годности. Кроме того, во многих случаях материал должен быть сухим, чтобы быть обработанным в дальнейшем. В таких случаях свойства сухого материала имеют первостепенное значение. Таким образом, важно использовать процесс сушки, который даст сухой материал с правильными свойствами. Много различных процессов сушки может быть применено и ряд из них описаны ниже. Эта статья дает краткий обзор коммерчески доступных технологий сушки от компаний GEA Barr-Rosin и GEA Niro, возможные запасы исходных продуктов и типичных конечных продуктов. В процессе сушки особый интерес представляет сушка распылением, которая преобразует смеси, суспензии или растворы непосредственно в порошок. Показано, что путем распылительной сушки в значительной степени можно спроектировать морфологию частиц порошка и его характеристики, которые соответствовали бы конкретным потребностям. Показано также, что процессы сушки распылением могут быть смоделированы с высокой точностью. Цель представления такого развития, чтобы вдохновить того, кто расширяет технологические границы переработки биологических материалов и смотрит еще дальше.

Таблица 1 дает быстрый обзор 9 различных процессов сушки

Таблица 1. Обзор некоторых промышленных типов и технологий сушки
Тип сушилки	Типичная подача	Типичный гранулометрический состав PSD высушенного продукта	Комментарии	Время удерживания
Барабанная сушилка	Крупные частицы, куски, чипы	Как и в исходном продукте или уменьшается до > 1 мм		Несколько минут
Сушилка в трубе типа Фен	Частицы или порошок 1-5 мм	0,1-5 мм	Косвенная передача тепла	Несколько минут
Флэш-сушилки	Сыпучих твердых веществ или пресс торты	0,01-10 мм	Единовременная деградации мигание	10-30 сек
Кольцевая сушилка Обратное смешивание	Сыпучие твердые вещества или прессованный кек высо DS жидкие	0,01-10 мм 0,01-1 мм	Внутренние фрезерные и продуктов рециркуляции	30 сек - 3-5 минут
Сушка перегретым паром	0,1-10 мм	Как и в исходном продукте	Только циклоны возможны	20-60 секунд
Сушка в кипящем псевдоожиженном слое	0,5-10 мм липкого	Как и в исходном продукте	Секционировани для сушки / охлаждения	1-10 минут
Swirl флюидизатор	Кек или пасты	<50 микрон	Внутренние фрезерные	0.5-10 мин
Распылительная сушилка	Перекачиваемая жидкость	10-100 микрон		10-30 сек
Распылительная сушилка в кипящем слое	Перекачиваемая жидкость	50-250 микрон Агломерат	рециркуляция	10-20 сек +1-5 мин
* PSD = Гранулометрический

Флэш сушилка

Флэш-сушилка от GEA Barr-Rosin является пневматической системой в основном используемой для сушки продуктов, которым требуется удаление свободной влаги. Сушка происходит в считанные секунды. Влажный материал рассеивается в поток нагретого воздуха (или газа), который перемещает его по каналу сушки. Используя тепло от воздушного потока, материал высыхает и перемещается. Продукт отделяется с помощью циклонов, и / или рукавных фильтров. Как правило, циклоны следуют за скруббером или рукавным фильтром для окончательной очистки отработавших газов и удовлетворения текущих требований по выбросам. Повышение температуры сушки можно использовать со многими продуктами, удаляемая с поверхности продукта влага мгновенно охлаждает сушильный газ без заметного повышения температуры продукта. Флэш-сушилки используются для сушки продуктов во многих отраслях промышленности, включая пищевую, химическую, минеральную и полимерную. Может быть обработан широкий спектр сырьевых материалов, включая порошки, торты, гранулы, хлопья, пасты, гели, суспензий. Для суспензий, паст, или липких материалов, не требуется обратного смешивания исходного продукта с мокрой частью сухого продукта для создания подходящего кондиционного материала. Дополнительная информация

Кольцевая сушилка

Кольцевая сушилка от GEA Barr-Rosin представляет собой систему пневматического типа, в сущности, это измененная флэш-сушилка. Кольцевая сушилка была разработана с целью повышения универсальности технологии флэш-сушилки, т.е. сушки вспышкой и преодоления многих ограничений. Как и во флеш-сушилке, здесь применяется дисперсионная подача материала в газовый поток сушильной камеры для последующей сушки. Для обеспечения разбивки больших кусков загружаемого материала может быть добавлен Дезинтегратор. Наличие Manifold или внутреннего классификатора сушеного продукта в системе кольцевой сушилки это то, что отличает ее от флэш-сушилки. Внутренний классификатор Manifold используется центробежный эффект воздушного потока, проходящего вокруг кривой, для сосредоточения продукта в движущемся слое. Регулируемые лопатки сплиттера-делителя используются для возврата тяжелого, полу-сухого материала обратно в сушилку, а легкий, сухой продукт, проходя через систему выходит из сушилки и передается в систему сбора продукта. В сущности кольцевая сушилка позволяет сушить такие же виды продуктов, как и флэш-сушилки, но с селективным, т.е. выборочным временем пребывания, что позволяет применять кольцевую сушилку для обработки многих материалов, которые считаются трудно высушить в флэш-сушилке. Лигнин из Lignoboost системы является примером продукта, который одинаково хорошо сохнет в флэш-сушилке, кольцевой сушилке, а также в следующей SWIRL флюидизатор ™. Дополнительная информация о кольцевой сушилке от компании Dupps

SWIRL флюидизатор ™

GEA Niro SWIRL флюидизатор ™ отличается от флеш-сушилки тем, что имеет быстро вращающийся дезинтегратор, который превращает исходный продукт в очень мелкие частицы, которые подвергаются воздействию сушильного газа. Высоко вязкие исходные материалы перемешивают до гомогенизации в продуктовой емкости при помощи вертикальной мешалки. Cпециально разработанный горизонтальных шнек транспортирует продукт в сушильную камеру, где дезинтегратор, оснащенный мощными и быстрыми вращающимися лопастями, обеспечивает дробление и соответственно увеличение площади поверхности продукта. Мелкие частицы сушат нагретым воздухом , который поступает в нижнюю части сушильной камеры через воздушный распылитель с тангенциальным входом. Высушенные частицы выводятся из сушильной камеры потоком воздуха. Выхлопная система оснащена рукавным фильтром. Полученный продукт выводится через поворотный клапан под рукавным фильтром. Как и другие сушилки типа флэш. Эта сушилка - экономичный выбор для сушки пасты и фильтрованного кека. Для этих продуктов, а также суспензий и вязких жидкостей ™ SWIRL флюидизатор способна производить мелкий, однородный, не агломерированный порошок, все в одном являсь очень компактной. Дополнительная информация

Барабанная сушилка

Барабанные сушилки работают по принципу подъема и сброса продукта в поток горячего газа внутри вращающейся цилиндрической камеры сушки, которая для этого оснащена перегородками. GEA Barr-Rosin производит два различных типа барабанных сушилок; прямого и непрямого (косвенного) нагрева.

Барабанные сушилки с косвенным подогревом в основном нагреваются снаружи, через стационарные установки, обеспечивая лишь минимальный поток воздуха через сушильную камеру, что делает это решение подходящим для пыльных материалов.

В случае прямой сушки, энергия, необходимая для сушки подается через поток горячего газа, поступающего в сушилку со-направленно движению высушиваемого материала или против движения высушиваемого материала. Для большей тепловой эффективности, там где требуется, может быть использована рециркуляция выхлопных газов сушилки. Барабанные сушилки предназначены для широкого спектра продуктов, из зернистых, порошкообразных и кристаллических материалов, для фильтрации торты и шламов для пищевой, химической и добывающей промышленности. Дополнительная информация от компании Ronning engineering inc., а также барабанные сушилки от Atlas-Stord.

или барабанные сушилки от компании Dupps.

см барабанные сушилки от компании Dupps.

Весельная сушилка

GEA Barr-Rosin Rosinaire ™ является сушилкой высокой скорости, тонкого слоя, косвенного контакта и наконец весельной сушилкой. Она состоит из горизонтального, цилиндрического сосуда, содержащего продольные ротора / весловые сборки. Корпус сушилки изготовлен с внешней обечайкой, что позволяет нагревать внутреннюю поверхность сушилки. Регулировка ориентации весел позволяет регулировать время пребывания твердых частиц внутри сушилки. Исходный материал либо закачивается насосом внутрь сушилки, либо при помощи конвеера. Центробежное движение высокоскоростного ротора / весла и передача продукта через Rosinaire ™ в виде тонкого слоя твердых частиц вдоль стенки сосуда приводит к очень высоким коэффициентом теплопередачи. Влага испаряется в кольцевом паровом пространстве и небольшим перемещается и удаляется. Готовый продукт выводится тангенциально (по касательной), как все сыпучие твердые вещества. Rosinaire ™ часто используется для работы в режиме закрытого цикла, с помощью небольшого потока рециркуляции инертного газа смести выпаривали летучие вещества в конденсатор, устранения любых потенциальных разряда загрязнения воздуха в атмосферу. Этот метод идеально подходит для испарения органических растворителей или для обработки токсичных веществ. Rosinaire ™ хорошо подходит для сушки полимеров, органических химических веществ, неорганических веществ и продуктов питания. Rosinaire ™ может обрабатывать перекачиваемое сырье (растворы, пасты, гели), а также как не прокачиваемое сырье в форме кека с центрифуги или фильтра, крошки, гранул, шариков, гранул, порошков, хлопьев или коротких волокон. Дополнительная информация о весельной сушилке от компании GFM Gauda, Нидерланды

Сушилка перегретым паром

GEA Barr-Rosin сушилка перегретым паром (SSD) ™ представляет собой пневматическую конвеерную сушилку замкнутого типа. Влажные твердые продукты подаются в поток перегретого пара с помощью герметичного поворотного клапана. Перемещающийся пар становится перегретым паром косвенно через трубчатый теплообменник с использованием различных источников отопления или же с помощью механического парового насоса. В последующих блоках сушки , влага испаряется из продуктов, формируется избыточный пар и снижается степень его перегрева. Как правило, время пребывания в системе только 5-60 секунд. Транспортный пар и высушенный материал разделяются в высоэффективном циклоне и продукт выгружается из сушилки с помощью другого герметичного поворотного клапана. Созданный избыточный пар, как правило, имеющий давление 0-4 бар и его повторное использоване делает энергетическую эффективность процесса сушки очень высоким. Сушилка перегретого пара подходит для сушки целого ряда различных продуктов, например, производных целлюлозы, древесной щепы, биомассы, жмыха и т.д. Дополнительная информация

Сушилки кипящего слоя

Сушилки кипящего слоя от GEA Niro предназначены для сушки порошка, диспергированного в газе. Процессный газ подается к опорному слою с помощью специальной перфорированной пластины распределителя и протекающего через слой твердого тела со скоростью, достаточной, чтобы выдержать вес частиц в кипящем состоянии. Большие пузырьки газа разрушаются в кипящем слое материала, содействуя интенсивному движению частиц. В этом состоянии твердые частицы ведут себя как сыпучий кипящей жидкости. В результате дифференирования скорости между отдельными частицами и псевдоожижающего газа получены очень высокие значения теплообмена и массообмена. В результате значительного снижения потока воздуха по сравнению с типичными стандартными сушилками кипящего слоя в процесс могут быть включены контактные тепловые отопительные панели. Многие материалы в процессе обработки и сушки проходят через переходные этапы - липкие, мягкие или сплоченной фазы. Вибрационные сушилки кипящего слоя являются чрезвычайно эффективными в сохранении материала в псевдоожиженном состоянии в этот переходный этап. Может быть обработан широкий спектр сырьевых материалов, включая порошки, кристаллы и гранулы. Дополнительная информация

Распылительная сушилка

В распылительной сушилке жидкий исходный продукт распыляется на капли и контактирует с горячим газом, который вызывает испарение влаги из капель, оставляя высушенные частицы. Частицы затем отделяют от осушающего газа в циклоне или рукавном фильтре. Распылительная сушка является наиболее широко используемым промышленным процессом для формирования частиц и сушки. Она очень хорошо подходит для непрерывного производства сухих веществ таких как порошок, гранулы или агломераты из жидких кормов. Исходные продукты включают растворы, эмульсии и перекачиваемые суспензии.

Распылительная сушка является универсальным процессом и, следовательно, она обеспечивает хороший контроль над конечными свойствами порошка, такими как текучесть, размер частиц, скорость повторного растворения, насыпной плотности и механической прочности. Например, различные методы распыления могут быть выбраны для получения определенного размера частиц или распыления исходного продукта высокой вязкости. Наиболее часто используемые методы распыления - инжекция исходного материала на вращающийся диск, давление и двух-жидкостные форсунки. Кроме того, распылительные сушилки часто оснащены одной или несколькими сушилками с псевдоожиженным опорным слоем для дальнейшей сушки, агломерации, удаление пыли и / или охлаждения. GEA Niro производит распылительные сушилки многих типов для облегчения сушки различных продуктов. Сушилка показаннная в прилагаемом рисунке является зарегистрированной торговой маркой GEA Niro MSD ™ (Много-этапная сушилка), которая отделяет высушенный материал на различных этапах сушки, что делает процесс сушки более эффективным и в то же время более нежным. Дополнительная информация о распылительной сушилке от компании Swenson Technology, Inc

Распылительная сушилка в кипящем слое

Как уже упоминалось выше распылительные сушилки часто сопровождаются сушилками с псевдоожиженным слоем для дальнейшей сушки, агломерации, удаление пыли и / или охлаждения. Для большей компактности и улучшения циркуляции в распылительной сушке есть также возможность интеграции сушки в кипящем слое в нижнюю часть камеры распылительной сушилки. Сушка кипящего слоя может иметь различные секции, и может быть интегрирована в камеру распылительной сушки , что позволяет комбинировать ее с линиями выхлопных газов.

В сушилке с псевдоожиженным слоем можно продлить время удержания частиц в сушилке, а также для рециркуляции тонкой фракции. Имея чуть больше влаги в частицах при входе в кипящей разделительный слой, могут быть построены агломераты. Агломерат позволяет проникновение воды в частицы и повышает скорость растворения порошка. Дополнительная информация

Примеры сушильного оборудования для целлюлозных продуктов на основе порошков

Ниже указаны сушилки, для продуктов, полученных на основе сырья из целлюлозы

Domsjö Fabriker управляет одной распылительной сушилкой с 2009 года и устанавливает вторую сушилку для lignosulponate в 2011 году. ( www.domsjoe.com)
Xylophane в Гетеборге работает на их опытном производстве для Xylane материал на основе упаковочной пленки и распылительной сушилки с кипящим слоем с 2009 года. (www.xylophane.se )
Лигнин из Lignoboost процесс был успешно протестирован на пилотных установках флеш-сушки, кольцевой сушилки и SWIRL флюидизатор ™. Основным отличием является меньший размер и более равномерное распределение частиц по размерам в SWIRL флюидизатор ™ . ( www.lignoboost.se или www.innventia.com )
AkzoNobel в Örnsköldsvik работает с 1995 года кольцевая сушилка для модифицированной целлюлозы называется Bermocoll. (www.akzonobel.com / CS )

Частичное проектирование сушки на основе одной капли

Свойства порошка высушенного распылением продуктов, такие как механическая прочность, текучесть, плотность, скорость диспергирования очень важны. Эти свойства определяются окончательной морфологией отдельных частиц в порошке. Как формулировка исходного продукта и технологических параметров (например, температуры сушки газов и влажность) определяют морфологию частиц. Для исследования морфологии формирования во время сушки одной капли, GEA Niro разработала экспериментальный аппарат назван кинетики сушки Analyzer ™ (ДКА).

DKA основан на принципе ультразвуковой левитации, как показано на рисунке 1. Ультразвуковое поле создается между передатчиком и рефлектором. В связи с этим силам ультразвуковом поле можно провести небольшую каплю постоянной против силы тяжести. В то время как высушиваемая капля контролируется CCD-камерой и инфракрасным термометром. Первый используется для записи видео файлов процесса сушки в то время как последний используется для измерения развития в капле температура поверхности во время сушки. Блок левитации заключен в небольшой камере сушки (не показан на рисунке 1), так что температура и влажность воздуха может быть установлена в соответствии с условиями в распылительной сушилке.

Кинетика сушки Analyzer ™, где капля зависает в ультразвуковом поле. Процесс сушки капли, записан при помощи CCD-камеры и контролируется с инфракрасным термометром

Рисунок 1. Кинетика сушки Analyzer ™, где капля зависает в ультразвуковом поле. Процесс сушки капли, записан при помощи CCD-камеры и контролируется с инфракрасным термометром.

Использование DKA морфологии формирования могут быть исследованы по-разному. Во-первых, это возможность просмотра видео, записанное во время эксперимента - пример приведен на рисунке 2. Исследования такого рода можно проводить, например, при различных температурах воздуха в сушилке и сопоставить эффект от этого параметра. Когда частица полностью высохла ее можно извлечь из ультразвукового поля. Частицы могут быть затем подвергнут анализу при помощи оптического или сканирующего электронного микроскопа. Кроме того, можно проводить различные виды анализов, таких как XPS (рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии) и спектроскопии комбинационного рассеяния света для измерения распределения различных соединений внутри высушенных частиц.

Рисунок 2. Сушка при левитации капли, состоящей из 10 мас. % TiO2. Температура воздуха 79,5 °C. Начальный размер капли составляет около 1000 мкм, в то время как окончательный размер капли составляет около 400 мкм.

Исследования морфологии частиц являются одной частью так называемого DRYNETICS ™ концепции. Другая часть заключается в использовании результатов экспериментов DKA в компьютерном моделировании. На основе измерений, проведенных во время эксперимента DKA можно рассчитать кинетику сушки с помощью передовых методов математического моделирования. Это очень важно, так как распылительная сушка стала очень частой темой для моделирования вычислительной гидродинамики (CFD). В CFD трехмерной модели распылительной сушилки все рисуется на компьютере. Используя эту модель, при коммерчески доступном CFD программном обеспечении, таком как FLUENT ™ можно рассчитывать температуры, скорости газа, траектории частиц и т.д. внутри распылительной сушилки.

Для получения полезных результатов моделирования CFD необходимо включать расчет процесса испарения, происходящий в сушке капель. Используя Fluent ™ CFD программное обеспечение можно включить процесс испарения, применяя простую модель сушки, которая предполагает, что подаваемая на сушку капля - есть чистая капля жидкости. Но это предположение приводит к слишком оптимистичной скорости сушки, так как любой твердый материал в каплях будет тормозить сушки. Чтобы преодолеть эту проблему была разработана пользовательская функция как часть метода DRYNETICS ™. Это определяемые пользователем функции на основе результатов кинетики сушки для измерений DKA с коммерческим программным обеспечением FLUENT ™ CFD. Следовательно, с помощью программного обеспечения CFD получаются очень точные результаты, потому что при моделировании сушки учтены уникальные свойства исходных продуктов.

DRYNETICS ™ связь между экспериментами DKA и CFD моделирования показана на рисунке 3. На рисунке показан результат моделирования полномасштабной распылительной сушилки, где во время сушки были обработаны несколько сотен частиц. Цвета частиц иллюстрируют остаточное содержание влаги в каждой частице - на основе материалов из экспериментов DKA (хотя их трудно увидеть на рисунке 3, так как он находится в черно-белом цвете). Результат моделирования дает очень подробное представление о процессе в распылительной сушке и хорошо подходит для поиска и устранения неисправностей существующих установок, при проектировании новых заводов, а также разработке более эффективных компонентов для распылительных сушилках.

Рисунок 3. Сушка частиц во время моделирования CFD. Dark: высокое содержание влаги. Скорость сушки определяется из экспериментов с использованием кинетики сушки Analyzer ™.

Резюме

Технологии сушки очень разнообразны и помимо экономических соображений, выбор метода сушки для конкретного процесса зависит от типа исходного продукта и желаемых свойств конечного продукта. Для получения экономически эффективного процесса сушки, который дает продукт неизменно высокого качества важно иметь детальное представление о различных элементах выбранной технологии сушки.

Распылительная сушка является одной из технологий, где процесс понимания продвинулся значительно вперед в последние годы. Недавно разработанные методы анализа процесса сушки для одной капли и CFD моделирование для масштабируемых моделей повысил результаты реального практического инжениринга. Для проектирования практических свойств новых продуктов, полученных из будущего биохимических можно дать желаемых характеристик порошка и высокого качества.

Выпаривание послеспиртового фугата

Выпаривание

Предложение на трубчатую Сушку барды от компании Vetter Tec и Выпарную станцию на пластинчатых теплообменниках от компании Alfa-Laval

Выпарные установки от компании Anhidro

Рукавный фильтр и Циклон. Сравнить

Для увеличения пропускной способности вальцовая сушилка заключается в кожух. Этой же цели служит отсасывающий вентилятор.

Для отделения посторонних примесей — золы, угольного уноса, металлопримесей и пр. — вся сухая барда должна пройти через сотрясательное сито и магниты. В технологической схеме бардосушения принято к установке желобчатое сотрясательное сито, называемое трясучкой и состоящее из желоба с сетчатым дном, приводимого в движение от коленчатого вала или эксцентрика.