Uscarea A. INTRODUCERE
Uscarea reprezintă procesul de îndepartare pe cale termică sub formă de vapori a umidităţii (apă sau alte lichide) din materialele solide sau lichide. Uscarea este un process de difuziune, deoarece trecerea umidităţii din material în mediul înconjurator se bazează pe uscarea umidităţii la suprafaţa materialului şi pe difuziunea umidităţii din straturile interioare spre suprafaţa materialului. În procesul de uscare un rol determinant îl are rezistenţa la difuziune a apei (umidităţii) îndepărtate. Există doua moduri distincte de uscare: uscarea naturală efectuată în aer liber, fară încălzire artificială şi având o durata mare de desfăşurare şi uscarea artificială efectuată cu ajutorul unui agent de uscare încalzit (gaze de ardere, aer cald, vapori) care dupa îndepărtarea umidităţii este evacuat din instalaţie. Procesul de uscare termică se bazează pe trecerea umidităţii din faza solidă (din material) în faza gazoasă. Uscarea este posibila numai atunci când presiunea de vapori de pe suprafata materialului este mai mare decât presiunea parţiala a acestora în mediul încojurator în care decurge uscarea. În uscarea termică (denumita şi uscarea prin antrenare) materialele supuse uscarii (solide sau paste) sunt puse în contact cu faza gazoasa independenta denumita “agent de uscare”. Căldura necesara evaporării este furnizata de acest agent de uscare, care are rolulul nu numai de agent termic, ci şi acela de a transporta umiditatea din material. Procesul de uscare termică implică doua fenomene dinstincte, care se desfăşoară simultan:
evaporarea umidităţii de la suprafaţa materialului trecerea prin difuziune şi capilaritatea umidităţii din straturile interioare către suprafaţa materialului
1
B.
UTILAJE PENTRU USCARE
Construcţia şi funcţionarea uscatoarelor trebuie să corespundă cerinţelor legate de desfăşurarea uscării: realizarea unei anumite viteze de uscare, asigurarea unui grad necesar de uscare în condiţiile unei (figura 1) uscări uniforme şi amenajarii materialului supus uscării, respectarea unor condiţii referitoare la contactul dintre material şi agentul de uscare.
Figura 1. Uscătorul cu cameră (dulap sau cu ţevi) 1 – camera , 2 – rafturi, 3- ventilator, 4 – radiatoare, 5 – ţevi cu material, 6 – şicane, 7 – gură de evacuare a aerului umed, 8 – izolaţie termică
Uscătorul cu cameră: funcţionează discontinuu. Aerul trece o singură dată prin uscator ( lucreaza fără recircularea aerului).
2
La uscatorul tunel (figura 2) materialul supus uscării este aşezat pe poliţele vagonetelor care se deplasează în interiorul tunelului cu viteză redusă ( 0,05 m /s ). Cantitatea de aer recirculată în tunel este reglată cu clapeta 5. Agentul de uscare circula în contracurent cu materialul .
Figura 2. Uscătorul tunel 1 – tunel, 2 – ventilator, 3- radiaqtor, 4 – conductă de evacuare a aerului umed, 5 – clapetă, 6 – vagonet.
În uscatorul cu banda (figura 3), curentul de aer cald poate circula în contracurent, în curent paralel sau în curent încrucişat cu materialul. Viteza aerului cald este de 2….3 m/s .
3
Figura 3. Uscătorul cu bandă 1 – carcasa, 2 – bandă de transportare, 3 – şicane 4 – baterii- aer cald , 5 – trasportoare
La uscatorul cu falduri, materialul alimentat cu dozatorul 1 este presat cu rolele 3 în ochiurile plasei 2 care este legată la transportorul cu lanţ 4 . Viteza transportorului 4 este mai mica decât viteza plasei, astfel că plasa formeaza falduri. Dispozitivul de scuturare 5, descarcă materialul în vasul 6 . Uscatorul cu pulverizare. Discul de pulverizare se roteşte cu turaţie de 3600…18000 rotatie / minut. Materialul supus uscării (suspensii sau paste ) este distribuit prin pulverizatoare în care apar unde în contact cu amestecul aer – gaz, se usucă şi cade spre baza conului. Particulele de dimensiuni mici sunt antrenate de curentul de gaze în ciclonul nou. După depunerea particulelor fine gazele sunt evacuate cu exhaustorul 10 . În uscatorul cu cilindri, uscarea se realizează pe suprafaţa exterioară a cilindrilor care se rotesc cu turaţii reduse ( 0,5…2 rotati pe minut) fiind acţionaţi printr-un sistem de reductoare ţi variator de turaţie .
4
Cilindrii preiau materialul din triunghiul curbiliniu format între ei, unde materialui este alimentat continu . Grosimea stratului de material este mica (circa 1 mm). Materialul se usuca în timpul rotirii cilindrilor şi este evacuat cu racleta 3. Uscatorul rotativ are tamburul prevazut la capete cu sisteme de etanşare. Materialul parcurge interiorul tamburului (în echicurent cu gazele arse ) fiind amestecate de sisteme de împraştiere ( discuri, bare, poliţe). La uscatorul în strat fluidizat transferul de căldură şi de substanţă între fazele în contact se intensifică în interiorul stratului fluidizat.
C . EXPLOATAREA USCATOARELOR ŞI MĂSURI DE PROTECŢIE A MUNCII
În cadrul proceselor tehnologice din industria chimica utilajele de uscare lucreaza în cele mai diversificate condiţii: medii ambiante diverse, diferiţi agenţi de uscare, diverse materiale supuse uscării. În funcţie de aceste aspecte lucrările de supraveghere a funcţionării, întreţinerea curentă şi planificata, diferă la fiecare tip de uscator . Elementele de întreţinere curentă şi planificată a uscatoarelor (şi a instalaţiilor anexe ) sunt fixate prin normative de reparaţii pentru fiecare categorie şi tip de utilaj, pentru fiecare mediu de lucru specific unei anumite ramuri din industria chimică . Exploatarea utilajului de uscare trebuie să se facă de către personal calificat şi instruit corespunzator, în probleme tehnice, ale securităţii muncii, prevenirea şi stingerea incendiilor. Supravegherea funcţionării, pornirea şi oprirea utilajelor trebuie să corespundă instrucţiunilor interne de exploatare. În exploatarea uscatoarelor se impun, ca principale elemente de protecţie a muncii urmatoarele: - uscarea substantelor toxice se face în uscatoare perfect etanşe şi prevazute cu dispozitive de neutralizare - desfasurarea procesului de producţie la uscatoarele pentru substante toxice sau explozive se face sub supravegherea permanentă, asigurându-se dotarea uscatoarelor cu aparatura corespunzatoare de măsurat şi control a temperaturii, utilajele din aceasta categorie sunt echipate cu dispozitive de inundare cu abur, şi cu dispozitive de termostatare reglate sub punctual de autoaprindere.
5
- nu se admite functionare uscatoarelor la care aerul umed ( evacuate din uscator ) este scos in hala de productie . -deschiderea uscatoarelor cu funcţionare continuă, pentru evacuarea materialelor uscate, se face numai după răcirea interiorului cuptorului la 35 C şi după ce se verifica analitic. La degajarea acestora personalul va purta echipament de protecţie.
D.
BAZELE TEORETICE ALE USCARII
Uscarea, este procesul de îndepartare a apei sau a altui lichid din materialele lichide sau gazoase. În funcţie de procedeul folosit pentru vaporizarea apei din materialul solid, se deosebesc următoarele metode de uscare : uscarea convectivă, care constă în contactul direct al unui agent de uscare (aer cald sau gaze de ardere ) cu materialul solid de uscat . • uscarea prin contact, care constă în încălzirea materialului solid de uscat prin intermediul unei suprafeţe de schimb de caldura. • metode speciale de uscare: uscarea cu raze infraroşi, uscarea cu curenţi de înalta frecvenţă şi uscarea prin sublimare. Uscarea presupune urmatoarele faze principale – încălzirea materialului solid către suprafaţa acestuia, vaporizarea umidităţii pe suprafaţa materialului de uscat şi îndepărtarea vaporilor formaţi. Procesul de uscare este un proces compex de tranformari, de caldura şi de masă. •
Uscarea se caracterizează prin : - viteza de uscare, care reprezintă cantitatea de umiditate eliminată în unitatea de timp, de pe unitatea de pe suprafaţă de material solid supus uscării. - timpul de uscare, care este timpul necesar pentru ca un material solid să ajungă de la o umiditate cunoscută, la o umiditate finală mai mică.
D.1. Uscarea convectivă
6
Se realizează prin trecerea unui curent, de agent de uscare gazos încălzit în prealabil peste stratul de material solid umed. Ca agent de uscare, mai des folosit este aerul cald. Uscarea convectivă are loc până la stabilirea echilibrului dinamic dintre materialele: solid, umed şi agent de uscare. Parametrii aerului umed Aerul umed reprezintă un amestec de aer uscat şi vapori de apă. Umiditatea absolută, reprezinta cantitatea de vapori de apă pe care o conţine un kg sau un m3 de aer umed. Umiditatea relativă, reprezintă raportul dintre presiunea parţială a vaporilor de apa în aerul umed la un moment dat pv şi presiunea parţială a vaporilor de apa corespunzătoare saturaţiei la aceiaşi temperatură. Gradul de saturaţie, reprezintă raportul dintre conţinutul de umezeală la o anumită temperatură şi valoarea corespunzatoare aerului saturat cu vapori de apa la aceiaşi temperatură. Entalpia I reprezinta suma entalpiilor aerului uscat şi a vaporilor de apa la aceiaşi temperatură. Entalpia aerului umed depinde de conţinutul de umezeală a aerului şi a temperaturii lui. În timpul procesului de uscare convectiva parametrii aerului umed se modifica astfel: - umiditatea absolută, umiditatea relativă, conţinutul de umezeală şi gradul de saturare sunt în crestere, iar temperature scade. -entalpia rămâne teoretic constantă deoarece caldura cedata de aer, materialului de uscat este consumată pentru vaporizarea apei şi revine în aer sub forma de caldură specifică de vaporizare, împreună cu vaporii de apă. D.1.1. Procedee de uscare convectivă
În funcţie de modul de introducere a căldurii necesare uscării şi de temperatura cerută în uscator se deosebesc urmatoarele scheme de uscare convectivă. Uscarea cu încalzirea totală a aerului. În cazul aplicarii acestui procedeu, toată caldura necesară în uscator este furnizată de aerul de uscare care se încălzeşte o singura dată în calorifer până la temperatura la care asigură caldura necesară încălzirii materialului solid şi vaporizarii umidităţii. Această schema presupune
7
uscarea la temperaturi relativ ridicate şi prin urmare nu poate fi aplicată pentru uscarea materialelor termealabile . Uscarea cu încălzire suplimentară a aerului în uscator Această schema de uscare permite scăderea temperaturii aerului la ieşirea din preîncălzitor, adică uscarea are loc la o temperatură mai scazută decât în procedeul anterior . Uscarea cu încălzirea intermediară a aerului în uscator Uscarea dupa această schemă, are loc atât cu reducerea temperaturii aerului cât şi cu o solicitare termică uniformă a materialului uscat. Variaţiile de temperatură în procesul de uscare sunt mai reduse . Uscarea cu recirculare parţială a aerului Acest procedeu permite utilizarea raţională a căldurii, prin recuperarea din aerul umed epuizat. D.1.2. Tipuri de uscătoare convective Uscatoarele prin construcţia lor urmăresc asigurarea unor condiţii optime pentru desfăşurarea operaţiei de uscare atât din punct de vedere tehnologic cât şi economic. Uscatoare camera Aceste tipuri de uscatoare sunt încaperi de forma paralelipipedica de mărimea unui dulap pâna la mărimea unei camere în care materialul de uscat dispus pe poliţe sau încărcat pe cărucioare, nu se afla în stare de mişcare. Aerul de uscatoare circulă paralel cu suprafaţa materialului solid sau strabate stratul de material. În cazul acestui uscator, în camera cu reciclare aerul este încălzit o singura dată înainte de a intra în uscator, iar înainte de încălzire se amestecă cu o pasta din aerul epuizat care a trecut prin uscator. 8
Uscatoarele camera sunt folosite în industria chimica la fabricarea obiectelor din materiale ceramice, la fabricarea coloranţilor, medicamentelor, pigmenţilor etc . Dezavantajul acestor uscatoare consta în discontinuitatea operatilor de încarcare şi descarcare . Uscatoare cu strat fluidizat Intensificarea operaţiei de uscare prin aplicarea fluidizării se datoreşte creşterii vitezei procesului de transfer de căldură şi de masă între cele doua faze care duce la uniformizarea rapida a temperaturiilor. Aceste temperature de uscatoare sunt folosite în special pentru uscarea materialelor cu granulatie mica pentru uscarea materialelor cristaline . Ca agent de uscare se folosesc gazele de ardere sau aerul cald, care sunt agenţi de fluidizare.
D.2.Uscarea prin contact. D.2.1. Tipuri de uscatoare prin contact Uscarea prin contact sub vid se realizează la presiunea atmosferica sau se foloseşte de obicei în cazul uscării materialelor sensibile la temperatură. Uscătoare cu cilindri La aceste tipuri de uscătoare pot fi unu sau doi cilindri, goi în interior aşezaţi paralel şi care se rotesc în sens contrar. Uscatorul se compune dintr-o carcasă exterioara cu doua cuve. Materialul supus uscării se introduce în cuva 3 unde este menţinut în permanenţă. Curva 2 este alimentată continuu din cuva 3 cu ajutorul pompei centrifuge. Aburul necesar încălzirii şi uscării materialului se introduce în interiorul cilindrului. Materialul uscat este desprins cu ajutorul cuţitului răzuitor fiind trimis în jgheabul transportorului elicoidal. Eliminarea vaporiilor rezultaţi se realizează prin sulfarea de aer prin gura de evacuare a materialului .
9
D.3. Metode speciale de uscare Uscarea cu curenţi de înaltă frecvenţa. Folosirea curenţilor de înaltă frecvenţă dă posibilitatea de intensificare a procesul de uscare, datorită difuziunii termice şi electrotermice, are însă dezavantajul mare de consum de energie electrică. Uscarea cu radiatii infraroşii. Această metodă de uscare se aplică pentru uscarea unor materiale ca medicamente, vopsele, materiale plastice , materiale explozive etc. Avantajul acestei metode de uscare consta în aceea că radiaţiile pătrund ăn masa materialelor umede, asigura o miscare uniformă, fară formare de cruste pe suprafaţa materialului de uscat. Pentru producerea radiaţiilor infraroşii sunt folosite lămpi speciale cu filament de Wolfram, sau radiatoare metalice ori ceramice încalzite cu gaze sau aburi . Uscarea prin sublimare Umiditatea din materialele solide poate fi îndepărtată prin trecerea directa a apei din faza solidă în faza de vapori. Pentru aceasta este necesară răcirea materialului de uscat la temperature joase (-15 C şi -40 C) şi creere de vid. În aceste condiţii apa se evaporă rapid din materialul solid de uscat, unde se afla în stare de gheaţă, frigul necesar pentru îngheţarea materialului este obţinut de obicei cu ajutorul unei instalaţii de frig prin comprimare .
10
Cuprins
A. Introducere/Argument……………………………………………..……2 B. Utilaje pentru uscare………………………………………………….…3 C. Exploatarea uscătoarelor şi măsuri de protecţie a muncii………………………………………………………………………..6 D. Bazele teoretice ale uscării……………………………………………....7 D.1.Uscarea convectivă………………………………………………..…8 D.1.1.Procedee de uscare convectivă…………………………….….8 D.1.2.Tipuri de uscătoare convecive………………………………...9 D.2.Uscarea prin contact…………………………………………….....10 D.2.1.Tipuri de uscătoare prin contact…………………………....10 D.3.Metode speciale de uscare…………………………………………11 Bibliografie…………………………………………………………………12
11
