Обезвоживание суспензий в распылительных сушилках

B производстве пресс-порошков для керамических плиток в основном используют башенные распылительные сушилки, которые применяют при мокром способе приготовления масс. Использование распылительных сушилок позволяет получить пресс-порошок стабильного гранулометрического состава и постоянной влажности.
Близкая к сферической форма гранул и наличие небольших количеств пылевидной фракции в порошке (гранул размером менее 0,06 мм) способствует в последующем этапе прессования полуфабриката равномерному заполнению пресс-формы, исключает пыление при транспортировании порошка и прессовании, предотвращает зависание порошка в бункерах. Рациональный гранулометрический состав обеспечивает как высокую прочность спрессованных и высушенных плиток, позволяющих осуществлять их транспортировку с помощью роликовых конвейеров, так и требуемую фактуру изделий.

Сушка шликера является важным теплофизическим и технологическим процессом, при котором обеспечивается получение сравнительно крупных гранул с влажностью 6-8%. Сущность процесса сушки материалов в распыленном состоянии заключается в том, что диспергированная, в виде капель, глинистая суспензия при распылении в замкнутом объеме обезвоживается вследствие разности парциальных давлений паров жидкости на поверхности капель и в окружающей среде. Процесс распылительной сушки условно принято подразделять на три этапа: распыление массы; тепло- и массообмен между каплями (частицами) массы и окружающей их средой; выделение высушенного продукта из потоков газа. Четкой границы между этими этапами нет.

В наиболее общем случае распыление может быть представлено как процесс дробления струи жидкости на большое число капель и распределение этих капель в пространстве. Дробление струи жидкости на капли - очень сложный процесс, обусловленный рядом внешних и внутренних причин. В качестве основной внешней причины считают воздействие на поверхность струи аэродинамической силы, стремящейся разорвать и деформировать струю. Внутренние причины обусловлены конструкцией распылителя, качеством его изготовления, турбулентностью движения жидкости в распылителе и др.

Движение распыленной струи имеет весьма сложную динамику Имеются попытки описать это движение путем дифференциальных уравнений. Однако длину факела распыления струи на практике находят экспериментальным методом. Полученные габариты факела распыленной струи являются основанием для определения размеров распылительных сушилок.

Текучесть керамической суспензии принято характеризовать временем истечения 100 см³ шликера из отверстия диаметром 6 мм, длиной 100 мм при заливке в сосуд емкостью 100 см³. В связи с коагуляционным характером суспензии и ее способностью к тиксотропному упрочнению, определяют первую текучесть - при выдержке после перемешивания в течение 30 с и вторую текучесть - при выдержке после перемешивания в течение 30 мин. Отношение второй текучести к первой является коэффициентом загустевания, характеризующим степень тиксотропного упрочнения структуры. Для керамических суспензий с коэффициентом загустевания менее 1,5 вязкость может быть определена на шариковом вискозиметре Хепплера.

Устойчивость керамической суспензии, которая характеризуется отсутствием расслаивания шликера, является также весьма важной характеристикой, однако количественные методы оценки её отсутствуют. Известно, что устойчивость суспензии увеличивается с уменьшением размеров частиц твердой фазы.

Дисперсность частиц твердой фазы принято характеризовать остатком на сите № 0056 или № 0063. С точки зрения экономичности для процесса сушки необходимо использовать суспензии с минимальной влажностью. В то же время снижение влажности, при прочих равных условиях, приводит к ухудшению ситового обогащения и очистки, транспортирования и распыления. Вязкость шликера в связи с этим снижают вводом электролитов. Некоторое снижение вязкости можете достигаться подогревом суспензии до 35-40 °С и вводом электролитов. Установлено, что оптимальным условиям обогащения, транспортирования и распыления шликера соответствует вязкость 0,05-0,1 Па-с при коэффициенте загустевания не более двух. Считается, что оптимальная влажность шликера в производстве облицовочных плиток находится в пределах (42-45%). Снижение влажности шликера с технологической точки зрения позволяет получать более плотные гранулы и увеличивать насыпную плотность порошка.

Особое внимание следует также уделять вопросу очистки шликера от крупных включений, которые могут вызвать засорение форсунок и нарушение нормального режима работы распылительных сушилок.

В качестве основных параметров полученного при распылении порошка следует принимать сыпучесть, плотность, форму и структуру гранул, а также среднюю и пофракционную влажность и температуру. В распылительных сушилках возможно получение порошка со средней влажностью (от нуля до влажности помещения). Последняя характеризует начало интенсивного комкования и прилипания порошка к поверхности конусного или плоского днища. Она зависит от состава массы, конструкции выгрузочного устройства, а также типа распылителя и места его установки. Температура порошка на выходе из сушилки зависит от температуры и влагосодержания отходящих газов и от влажности порошка.

Гранулометрический состав порошка зависит от способа и параметров распыления, вязкости, поверхностного натяжения, влажности суспензии и влажности гранул. Для анализа гранулометрического состава порошка используют ситовой анализ.

С точки зрения интенсификации процесса тепло- и массообмена желательно добиваться тонкого распыления суспензии. В этом случае, однако, не только увеличивается пылевынос из сушильной камеры, но и ухудшаются технологические свойства пресс-порошка.

Гранулометрический состав порошков зависит от условий и параметров распыления. Наиболее грубодисперсный порошок получается в распылительных сушилках с механическими форсунками. Даже при давлении воздуха 0,17-0,18 МПа получается сравнительно мелкий порошок со значительным содержанием пыли (от 7,5 до 22%).Мелкодисперсный порошок может быть получен при механическом форсуночном распылении, гранулометрический состав которого может быть изменен давлением распыляемой суспензии, Например, если при давлении 1 МПа получается порошок со средним диаметром гранул 0,22 мм, то для получения гранул со средним размером 0,1 мм давление должно быть увеличено до 10 МПа. При этом производительность форсунки возрастает примерно в 3 раза. Однако столь значительное повышение давления связано с необходимостью увеличения прочности арматуры и трубопроводов, а также ее износом абразивной суспензией.

Пофракционная влажность гранул зависит от характера движения капель в башне сушилки. При подаче суспензии сверху вниз отношение влажности наиболее крупных гранул к средней влажности порошка составляет 2,5-3. При подаче суспензии снизу вверх это от ношение не превышает 1,3. Сыпучесть порошка характеризует его подвижность. С увеличением сыпучести порошка облегчается засыпка пресс-форм, уменьшается склонность к зависанию в бункерах и т. д. Сыпучесть принято характеризовать средней скоростью истечения 150 см порошка из воронки через отверстие диаметром 15 мм. В связи с тем, что сыпучесть зависит от влажности порошка, определение данного свойства необходимо вести при равновесной влажности.

Насыпная плотность - важная характеристика порошка, зависящая от плотности гранул и их пространственной укладки. Насыпную плотность определяют путем свободной засыпки в сосуд с фиксированной высотой, имеющий заданный объем.

Гранулы порошка, полученные в распылительной сушилке, имеют шарообразную форму. Для таких частиц одинакового размера наиболее вероятной является кубическая укладка. При большом содержании мелких фракций насыпная плотность порошка уменьшается, что обусловлено заполнением всего свободного пространства между крупными гранулами и их перемещением. В условиях работы распылительных сушилок получение порошка с большей насыпной плотностью может быть достигнуто комбинированием форсунок, работающих при различном давлении или имеющих различные диаметры сопел [3].