Сушка является одной из конечных стадий в производстве полупродуктов органических красителей (ПОК) и условия проведения процесса в значительной степени определяют качество продукта. Выбор метода сушки для ПОК затруднен наличием у них явно выраженных термолабильных свойств [1,2]. Для сушки подобных материалов необходимо применять методы сушки с интенсивным съемом влаги [3,4].
Настоящее исследование нацелено на определение метода сушки ПОК класса нафталина – Гамма- и И-кислоты.
Экспериментальные исследования по сушке проводились на лабораторной установке (рис. 1).
Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки:
1 – сушилка кипящего слоя; 2 – сушильная камера; 3 – циклон; 4 – емкость для проб;
5 – запорное устройство; 6 – термопара; 7 – КСП; 8 – калорифер;
9 – воздуходувка; 10 – короб вытяжной системы; 11 – вытяжной вентилятор
Установка состоит из системы подачи и подогрева сушильного агента (воздуходувка (9) и калорифер (8)), корпуса сушилки (1), сушильной камеры (2), системы отбора проб (запорное устройство (5), циклон (3), емкость для проб (4)) и вентиляционной системы (короб (10) и вытяжной вентилятор (11)). Контроль температуры осуществляется при помощи термопар (6) и КСП (7).
Установка представляет собой вертикальный корпус, состоящий из двух обечаек – конической (с диаметром в узкой части 100,0 мм и в широкой 200,0 мм) и цилиндрической (с диаметром 200,0 мм). Расход воздуха контролируется методом измерения перепада давления на участке трубопровода подачи сушильного агента с использованием тарировочных зависимостей.
Для подачи воздуха в аппарат использовалась воздуходувка, обеспечивающая максимальный расход сушильного агента 0,16 м3/с и напор до 1,5×105 Па. Подогрев воздуха до температуры сушки осуществлялся в электрокалорифере, имеющем 5 независимо работающих секций суммарной мощностью 15 кВт. Температура сушильного агента устанавливалась путем регулирования электрического напряжения, подводимого к секциям калорифера.
Конструкция сушильной камеры (рис. 2) состоит из стеклянной цилиндрической обечайки (4) (диаметр 200 мм, высота 400 мм, толщина стенки 16 мм), закрепленной между опорным (3) и упорным (7) кольцами, нижней газораспределительной решетки (2) и воздушного фильтра, предотвращающего унос высушиваемого материала из зоны сушки. Воздушный фильтр состоит из газораспределительной решетки (6) и фильтровальной ткани (5). Материал фильтровальной ткани – лавсан (артикул ткани 86030). Такая конструкция сушильной камеры позволяет визуально рассмотреть особенности протекания процесса сушки в режиме пневмотранспорта.
В качестве высушиваемого материала использовался измельченный продукт с влажностью 20 % и размером частиц 50¸100 мкм.
Температура сушильного агента варьировалась в диапазоне 60¸80 °С, скорость – 1,0¸11,5 м/с.
В результате экспериментальных исследований было получено семейство кинетических кривых процесса сушки И-кислоты (рис. 3) и Гамма-кислоты (рис. 4). Их анализ позволяет сделать вывод о высокой эффективности данного метода сушки: при максимальном термическом воздействии (температура сушильного агента 80 °С) и скорости сушильного агента 3,5 м/с удается достичь заданного значения остаточной влажности (менее 0,5 %) для И- и Гамма-кислоты за 7 минут. При этом потери целевого вещества в результате термического разложения составили менее 1,0 %.
Рис. 2. Сушильная камера:
1 – прокладка; 2, 6 – газораспределительная решетка; 3 – опорное кольцо;
4 – стеклянная обечайка; 5 – фильтровальная ткань; 7 – упорное кольцо
Рис. 3. Кинетические характеристики процесса сушки И-кислоты в режиме пневмотранспорта при температуре сушильного агента 60 °C (1), 70 °C (2), 80 °C (3)
Рис. 4. Кинетические характеристики процесса сушки Гамма-кислоты в режиме пневмотранспорта при температуре сушильного агента 60 °C (1), 70 °C (2), 80 °C (3)
Недостатком данного метода сушки является необходимость предварительного размола высушиваемого материала, что возможно только при достижении критического влагосодержания. Для Гамма- и И-кислоты размол возможен начиная с влажности пасты 20 %. Со стадии фильтрации паста ПОК приходит с влажностью 30÷35 %. Таким образом, для реализации метода сушки в режиме пневмотранспорта необходима дополнительная стадия подсушки, что снижает экономическую эффективность производства ПОК.
Решить данную проблему предлагается путем организации совмещенного процесса подсушки-измельчения-досушки в одном комбинированном сушильном аппарате, состоящем из двух частей – дробилки-сушилки и трубы-сушилки. В зависимости от физико-механических свойств высушиваемого материала и требуемого размера частиц сухого продукта комбинированная сушилка может быть создана на базе молотковой дробилки (рис. 5), дисмембратора (рис. 6) и других измельчителей, конструкции которых позволяют осуществить ввод сушильного агента.
Рис. 5. Пневматическая сушилка на базе молотковой дробилки:
1 – молотковая дробилка-сушилка; 2 – труба-сушилка
Процесс сушки в подобном аппарате осуществляется следующим образом: исходная паста поступает во входной штуцер дробилки-сушилки; прямотоком с ней подается сушильный агент. В дробилке продукт подсушивается и измельчается; в этой зоне снимается 65-70 % влаги, содержащейся в исходной пасте. Частицы продукта подхватываются потоком сушильного агента и выносятся в трубу-сушилку. Высушенные частицы продукта выносятся из трубы-сушилки потоком отработанного сушильного агента и отделяются первоначально в циклоне и окончательно – в рукавном фильтре.
Рис. 6. Пневматическая сушилка на базе дисмембратора:
1 – дисмембратор-сушилка; 2 – труба-сушилка
Предложенный метод сушки и его аппаратурное оформление прошли промышленную апробацию – для сушки Гамма-кислоты была применена пневматическая сушилка на базе молотковой дробилки, испытания проводились на ОАО «Пигмент», г. Тамбов. При этом были получены положительные результаты:
1) параметры сушильного агента
· начальная температура, °С......................................................... 170
· температура на входе в трубу-сушилку, °С.............................. 120
· температура на выходе из сушилки, °С.................................... 70
2) параметры высушиваемого материала
· начальная температура, °С......................................................... 20
· температура на входе в трубу-сушилку, °С.............................. 35÷40
· температура на выходе из сушилки, °С.................................... 65÷68
· начальная влажность, %............................................................. 30
· влажность на входе в трубу-сушилку, %.................................. 10÷12
· влажность на выходе из сушилки, °С....................................... не более 0,5.
Концентрация целевого вещества в высушенном продукте составила не
менее 98,5 %.
Подводя итоги, можно утверждать, что для обезвоживания паст ПОК нафталинового ряда, в частности для Гамма- и И-кислоты, может быть применен метод сушки в режиме пневмотранспорта. Предложенный метод сушки и его аппаратурное оформление (комбинированная пневматическая сушилка на базе измельчителя) обеспечивают получение сухого порошкообразного ПОК с заданными качественными характеристиками. Данный вывод, базируется на результатах лабораторных испытаний и промышленной апробации.
Литература:
1. Брянкин, К. В. Термостабильность полупродуктов органических красителей – фактор, определяющий выбор аппаратурного оформления стадии сушки / К.В. Брянкин, Д.О. Толмачев, А.Ю. Орлов, Е.В. Брыкина // «Теоретические и экспериментальные основы создания новых высокоэффективных процессов и оборудования»: труды VII Международной научной конференции. – Иваново: Издательство ИГХТУ, 2005. – С. 140-145.
2. Леонтьева, А. И. Влияние химической природы вещества на термическую устойчивость полупродуктов органических красителей / А. И. Леонтьева, К. В. Брянкин // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. – 2009. – № 11(25). – С. 153-156.
3. Леонтьева, А. И. О возможностях повышения эффективности процесса сушки пастообразных полупродуктов органических красителей / А.И. Леонтьева, В.И. Коновалов, К.В. Брянкин, С.Ю. Чупрунов, Л.Н. Чемерчев, А.А. Чернов // Журнал прикладной химии. – Т. 73. Вып. 3. – 2000. – С. 456-458.
4. Брянкин, К. В. Учет термической устойчивости органических полупродуктов при осуществлении выбора аппаратурного оформления и технологических режимов процесса сушки / К. В. Брянкин, А. И. Леонтьева, С. Ю. Чупрунов, М. А. Колмакова // «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) СЭТТ-2005». Труды Второй Международной научно-практической конференции. – М.: Изд-во ВИМ, 2005. – Т. 2. – С. 255-259.
