خشک کن

نام انگلیسی: Dryer
هیچ روش ساده ای برای دسته بندی خشک کن ها وجود دارند. بعضی از آنها به صورت پیوسته و بعضی به صورت ناپیوسته کار می کنند، بعضی از آنها جامدات را هم می زنند و بعضی هم اساساً هم نمی زنند. برای کاهش دمای خشک کردن می توان از عملیات در خلاء استفاده کرد. بعضی خشک کن ها تقریباً هر ماده ای را فراوری می کنند، در حالی که بعضی دیگر فقط خوراک های خاصی را می پذیرند. تقسیم بندی های اصلی به صورت زیر است:
(۱) خشک کن هایی که در آنها جامد مستقیماً در معرض گاز داغ (معمولاً هوا) قرار می گیرد،
(۲) خشک کن هایی که در آنها گرما از یک محیط خارجی مانند بخار آب در حال چگالش به جامد منتقل می شود، و این اتقال معمولاً از یک سطح فلزی که جامد با آن در تماس است روی می دهد و
(۳) خشک کن هایی که با انرژی الکتریکی، تشعشعی، یا با انرژی میکروویوی گرم می شوند.
به طور کلی ، خشک کردن جامد یعنی حذف مقدار نسبتاً کمی آب یا مایع دیگر از آن ماده جامد برای کاهش دادن محتوی مایع باقی مانده تا یک مقدار پایین قابل قبول، خشک کردن معمولاً مرحله نهایی مجموعه ای از عملیات است، و محصول خشک کن اغلب برای بسته نهایی آماده است. آب یا سایر مایعات را می توان به طور مکانیکی با فشار یا نیروی سانتریفیوژ، یا به طور گرمایی با تبخیر از جامدات حذف کرد. حذف مایع به طور مکانیکی معمولاً ارزان تر از روش گرمایی است و لذا بهتر است محتوی مایع ماده، قبل از ورود به خشک کن گرم، تا حد امکان کاهش داده شود. جامداتی که خشک می شوند به صورت های مختلفی هستند : پولکی، دانه ای، بلوری، پودری، تیغه ای، یا ورقه ای پیوسته و خواص گوناگونی دارند. شرح و توصیف: دستگاه خشک کن: از میان بسیاری از انواع خشک کن های تجاری موجود، فقط تعداد اندکی از انواع مهم آنها را بررسی می کنیم. در گروه اول، خشک کن هایی قرار دارند که جامدات صلب یا دانه ای و خمیرهای نیمه جامد را فراوری می کنند، گروه دوم شامل خشک کن هایی هستند که می توانند خوراک های دوغابی یا مایع را بپذیرند.
الف- خشک کن برای محلول ها و دوغاب ها
نام انگلیسی: Dryer for solution and slurry
بعضی از خشک کن ها محلول ها و دوغاب ها را با وسایل گرمکن کاملاً تبخیر و خشک می کنند. نمونه ها متداول عبارتند از خشک کن های افشانه ای، خشک کن های فیلم نازک، و خشک کن های استوانه ای.
– خشک کن افشانه ای
نام انگلیسی: A spray dryer
در خشک کن افشانه ای ، محلول دوغاب یا مایع به صورت قطره های ریز در جریان گاز داغ پراکنده می شود. رطوبت قطره ها سریعاً تبخیر و ذرات جامد خشک بر جای می مانند. سپس این ذرات از جریان گاز جدا می شوند. در یک دستگاه، جریان مایع و گاز می توانند به طور همسو، ناهمسو، یا ترکیبی از این دو باشند. قطره ها توسط نازل های فشاری، نازل های دوسیالی، یا، در خشک کن های بزرگ، توسط دیسک های افشانه ای پر سرعت، در محفظه خشک کن استوانه ای تشکیل می شوند. در تمام موارد، بایداز برخورد قطره ها یا ذرات خیس جامد به سطوح جامد قبل از خشک شدن جلوگیری شود. لذا، محفظه های خشک کن لزوماً بزرگ اند و قطر آنها معمولاً ۲٫۵ تا ۹m است. در خشک کن افشانه ای، محفظه به صورت استوانه ای است که پایین آن کمی مخروطی است. خوراک مایع به پودرکن افشانه ای دیسکی که در سقف محفظه قرار دارد پمپ می شود. در این خشک کن، دیسک افشانه ای تقریباً به قطر ۳۰۰mm است و با ۵۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰rpm می چرخد، و مایع را به صورت قطره های ریز در می آورد. این قطره ها در جریانی از گاز داغ، که از نزدیکی بالای محفظه وارد می شود، به طور شعاعی پراکنده می شوند. گاز خنک شده توسط فن خروجی از خط تخلیه افقی که در بغل محفظه در پایین بخش استوانه ای قرار دارد کشیده می شود.
گاز از یک جدا کن سیکلونی، که در آن ذرات جامد همراه برده شده حذف می شوند، عبور می کند. اغلب ذرات جامد خشک در کف محفظه خشک کن ته نشین می شوند، و از آنجا توسط یک شیر چرخان و نقاله پیچی خارج و با ذرات جامد جمع شده در سیکلون مخلوط می شوند.
خشک کن های افشانه ای، به عنوان یک دستگاه صرفاً خشک کن، بازده بالایی ندارند. بیشتر گرما معمولاً در گازهای خروجی هدر می رود. آنها حجیم و بسیار بزرگ اند، اغلب به ارتفاع ۲۵m یا بیشتر ، و همیشه به سادگی کار نمی کنند. چگالی کپه ای جامدات خشک را (خاصیتی که در محصولات بسته بندی شده اهمیت خاصی دارد) اغلب به زحمت می توان ثابت نگه داشت، زیرا چگالی نسبت به تغییرات مقدار جامد موجود در خوراک، دمای گاز ورودی، و سایر متغیرها خیلی حساس است. در خشک کردن افشانه ای محلول ها، تبخیر حاصل از سطح قطره ها باعث می شود قبل از این که داخل قطره به حالت اشباع برسد حل شده در سطح رسوب کند. آهنگ پخش حل شده به داخل قطره آهسته تر از جریان آب لز داخل قطره به طرف سطح است، و تمام حل شده در سطح جمع می شود. ذرات خشک نهایی اغلب توخالی اند، و فرآورده حاصل از خشک کن افشانه ای کاملاً متخلخل است.
– خشک کن فیلم ثابت
نام انگلیسی: Dry film fixed
در بعضی از موارد، خشک کن های فیلم نازک با خشک کن های افشانه ای قابل رقابت اند. این خشک کن ها می تواند با خوراک مایع یا دوغابی کار کنند و محصول خشک و جامد با جریان آزاد را تولید کنند. آنها معمولاٌ دو بخشی اند؛
بخش اول یک تبخیر کن، خشک کن عمودی همزن دار است. در اینجا بیشتر از مایع از خوراک حذف می شود، و قسمتی از جامد خیس به داخل بخش دوم تخلیه می شود، و در آنجا مقدار مایع باقی مانده در ماده بخش اول تا مقدار مطلوب کاهش می یابد.
بازده گرمایی خشک کن های فیلم نازک زیاد است، و اتلاف کمی برای جامدات وجود دارد، زیرا گاز کمی وارد دستگاه می شود یا اصلاً نیازی به گاز نیست. این خشک کن ها برای جداسازی و بازیابی حلال ها از محصولات جامد مفیدند. آنها نسبتاً گران اند و مساحت انتقال گرمای محدودی دارند. آهنگ خوراک برای خوراک های آبی و حلال در آنها معمولآً بین ۱۰۰ و ۲۰۰kg/m2h  است.
– خشک کن استوانه ای
نام انگلیسی: Cylindrical dryer
خشک کن استوانه ای متشکل است از یک (یا تعداد بیشتری) غلتک گرم فلزی، که در خارج آنها لایه نازکی از مایع تبخیر می شود و مواد خشک می شوند. جامد خشک شده هنگام چرخش غلتک ها از آن جدا می شود. مایع از یک مخزن یا لوله متخلخلی وارد حوضچه ای می شود که در فضای بالا و بین دو غلتک قرار دارد. حوضچه در آنجا توسط صفحات ساکن انتهایی محدود شده است. انتقال گرما به مایع، به قدری در فضای بین دو غلتک غلیظ شده است، با رسانش روی می دهد. مایع تغلیظ شده به صورت لایه ویسکوزی که باقی مانده سطوح غلتک ها را پوشانده است از ته حوضچه خارج می شود. با چرخش غلتک ها، اساساً تمام مایع از جامد تبخیر می شود ولایه نازکی از ماده خشک برجای می ماند وتوسط چاقوهایی به درون نقاله زیرین ریخته می شود. رطوبت تبخیر شده جمع آوری و از طریق کلاهک بخار بالای غلتک ها خارج می شود.
خشک کن های دو غلتکی با محلول های رقیق؛ محلول های غلیظ متشکل از مواد بسیار انحلال پذیر و دوغاب های نسبتاً سنگین به خوبی کار می کنند، اما برای محلول های نمکی با انحلال پذیری کم یا برای دوغاب جامدات خورنده ای که ته نشین می شوند و فشار زیادی را بین غلتک ها ایجاد می کنند مناسب نیستند.
ب- خشک کن برای جامدات و خمیرها
نام انگلیسی: Drying for solids and pulp
خشک کن هایی که برای جامدات و خمیرها به کار می روند مشتمل اند بر خشک کن های سینی دار و غربالی نقاله ای، که برای موادی استفاده می شوند که نمی توان آنها را هم زد، خشک کن های برجی، چرخان، نوار نقاله پیچی، سیال بستر، و خشک کن های آنی که در آنها همزدن مجاز است.
– خشک کن نقاله پیچی
خشک کن نقاله پیچی یک دستگاه پیوسته با گرمای غیر مستقیم است، و اساساً متشکل است از یک نقاله پیچی افقی (یا نقاله پره دار)، که در پوسته استوانه ای ژاکت داری قرار دارد. خوراک جامد از یک سر به طور آهسته وارد منطقه گرم، و از سر دیگر تخلیه می شود. بخار در لوله هایی که در سقف پوسته قرار دارند حرکت می کند. کاربرد خشک کن های نقاله پیچی برای جامداتی است که ریزتر و چسبنده تر از آن هستند که بتوان آنها را در خشک کن های چرخان فراوری کرد. این خشک کن ها کاملاً محصورند و امکان بازیابی بخارهای حلال در آنها، بدون رقیق سازی با هوا (یا با مقدار کمی رقیق سازی)، وجود دارد. با تجهیز این خشک کن ها به خوراک رسان مناسب، از آنها می توان در خلأ متوسط بهره برداری کرد، و لذا برای جداسازی و بازیابی پیوسته حلال های فرار از جامداتی که به حلال خیس شده اند، مانند ذرت حاصل از فروشویی، مناسب اند. به این دلیل، آنها را گاهی حلال زدا می گویند.
– خشک کن سینی دار
نام انگلیسی: Tray dryer
این خشک کن از یک محفظه مستطیلی فلزی تشکیل شده است. محفظه دارای دو واگن است که قفسه های را نگه می دارند. هر قفسه تعدادی سینی های کم عمق چهارگوش به ضلع ۷۵۰mm، و به عمق ۱۵۰mm دارد. ماده ای باید خشک شود در این سینی ها قرار می گیرد. هوای گرم توسط فن و موتور با سرعت ۲ تا ۵ m/s بین سینی ها به گردش در می آید و از روی گرمکن ها می گذرد. دیوارک ها هوا را روی دسته سینی ها به طور یکنواخت توزیع می کنند. مقداری هوای مرطوب دائماً از طریق مجرای خروجی تهویه و هوای تازه جبرانی از طریق ورودی وارد قفسه ها می شود. قفسه ها روی چرخ های واگن نصب شده اند، به طوری که در انتهای سیکل خشک شدن می توان واگن ها را از محفظه خارج و به ایستگاه انبار سینی منتقل کرد.
– خشک کن چرخان
نام انگلیسی: Dry spinning
خشک کن چرخان از یک پوسته استوانه ای چرخان افقی ، یا کمی مایل به طرف خروجی، تشکیل شده است. خوراک خیس از یک سر استوانه وارد و مواد خشک از سر دیگر تخلیه می شوند. با چرخش پوسته، پلکان های داخلی جامدات را بالا می برتد و آنها را از داخل پوسته به پایین می ریزند. خشک کن های چرخان از طریق تماس مستقیم گاز با جامدات را بالا می برند وآنها را از داخل پوسته به پایین می ریزند. خشک کن های چرخان از طریق تماس مستقیم گاز با جامدات، با عبور گاز داغ در یک ژاکت بیرونی، یا با چگالش بخار آب در مجموعه ای از لوله های طولی که روی سطح داخلی پوسته نصب شده اند، گرم می شوند و نوع اخیر را خشک کن چرخان لوله ای بخاری می گویند. در یک خشک کن چرخان مستقیم- غیر مستقیم، گاز داغ ابتدا از ژاکت و سپس از پوسته عبور می کند، و در آنجا با جامدات تماس می گیرد.
پوسته چرخان فلزی بر روی دو مجموعه غلتک قرار دارد و توسط چرخ دنده و پنییون حرکت می کند. هود در سر فوقانی قرار دارد، و از طریق فن به دودکش و ناودانی متصل است؛ این ناودانی مواد خیس را از قیف تغذیه وارد می کند. پلکان  ماده ای را که باید خشک شود بالا می برد و آن را در جریان هوای گرم فرو می ریزند، این پلکان به داخل پوسته جوش شده است. محصولات خشک در انتهای پایینی به داخل نقاله پیچی تخلیه می شوند. درست در جلوی نقاله پیچی مجموعه ای از لوله های پره دار که با بخار آب گرم می شوند قرار دارد که هوا را پیش گرم می کند. هوا توسط یک فن در خشک کن حرکت می کند، و در صورت لزوم ، به داخل گرمکن هوا تخلیه می شود تا تمام سیستم تحت فشار مثبت باشد. در روش دیگر، فن را می توان در دودکش قرار داد، به طوری که هوا را از خشک کن بکشد وسیستم را تحت خلأ جزئی قرار دهد. این عمل وقتی مطلوب است که ماده گرایش به پودر شدن داشته باشد. این نوع خشک کن های چرخان برای نمک، شکر، و تمام انواع مواد دانه ای بلوری که باید تمیز باشند و نباید مستقیماً در معرض گازهای بسیار گرم دودکش قرار گیرند به کار می روند.
– خشک کن برجی
نام انگلیسی: tower Dryer
خشک کن های برجی دارای مجموعه ای از سینی های دایره ای است که روی شفت مرکزی چرخانی یکی بالای دیگری قرار گرفته است. خوراک جامد روی بالاترین سینی و در معرض بخار آب یا هوا (یا گاز) داغی که از سینی عبور می کند قرار می گیرد. سپس، جامد تراشیده و به سینی بعدی منتقل می شود. به مین ترتیب در خشک کن حرکت می کند، و به صورت محصول خشک از پایین برج تخلیه می شود. جریان جامدات و گاز می توانند همسو یا ناهمسو باشند. فن های توربینی هوا یا گاز را بین بعضی از سینی ها به طرف خارج، روی المنت های گرمکن، و بین سایر سینی ها به طرف داخل به گردش در می آورند. دو سینی پایین خشک کن، بخش سرد کننده جامدات خشک را تشکیل می دهند. هوای پیش گرم شده معمولاً از پایین برج وارد و از بالا خارج می شود، و جریان ناهمسویی را می دهد. خشک کردن در قسمتی از خشک کن توربو از طریق گرش عرضی، مانند خشک کن سینی دار، و در قسمت دیگر از طریق بارش ذرات در گاز داغ (هنگام حرکت آنها از یک سینی تا سینی دیگر) انجام می شود.
– خشک کن آنی
نام انگلیسی: Instant Drying
در یک خشک کن آنی، پودر جامد خیس برای چند ثانیه از جریان گاز داغ عبور می کند. خشک شدن در ضمن این عبور صورت می گیرد. آهنگ انتقال گرما از گاز به ذرات جامد معلق خیلی زیاد و خشک شدن سریع است، به طوری که تبخیر تمام رطوبت جامد بیش از ۳ تا ۴ ثانیه بیشتر طول نمی کشد. دمای گاز زیاد است- اغلب در حدود ۶۵۰ درجه سانتی گراد در ورودی- اما زمان تماس به قدری کوتاه است که دمای جامد ضمن خشک شدن به ندرت بیشتر از ۵۰ سانتی گراد می شود. لذا، خشک کن آنی را برای مواد حساس به گرما باید به کاربرد.( این مواد در سایر خشک کن ها در محیط گرمایی بسیار خنک تری باید به طور غیرمستقیم خشک شوند). گاهی در خشک کردن آنی از یک پودرکن استفاده می شود تا خشک کردن و خردکردن با هم انجام شود.
– خشک کن غربالی – نقاله ای
نام انگلیسی: Dry sieve – a conveyor
لایه ای به ضخامت ۲۵ تا ۱۵۰ mm که می خواهد خشک شود روی غربالی فازی قرار می گیرد و از تونل طویل خشک کن عبور می کند. تونل از قسمت های جداگانه، هر کدام دارای فن و گرمکن هوا، تشکیل شده است. در ورودی خشک کن، هوا معمولاً رو به بالا از میان غربال و جامدات حرکت می کند، در نزدیکی تخلیه، جایی که ماده خشک است و ممکن است پودر شود، هوا از میان غربال به طرف پایین حرکت می کند، در نزدیکی تخلیه ، جایی که ماده خشک است و ممکن است پودر شود، هوا از میان غربال و جامدات حرکت می کند، در نزدیکی تخلیه ، جایی که ماده خشک است و ممکن است پودر شود، هوا از میان غربال به طرف پایین حرکت می کند. دمای هوا و رطوبت در قسمت های مختلف را متفاوت می گیرند، تا شرایط بهینه ای برای خشک شدن در هر نقطه حاصل شود.
خشک کن های غربالی نقاله ای با انواع جامدات به طور پیوسته و با کنش بسیار ملایم کار می کنند، قیمت آنها معقول و مصرف بخار آب در آنها کم است، و معمولاً برای هر کیلوگرم آبی که باید تبخیر شود ۲ kg بخار آب مصرف می شود. هوا می تواند در هر قسمت به طور جداگانه بازگردش و از آن خارج شود، یا این که از قسمتی به قسمت دیگر به طور ناهمسو با جریان جامد عبور می کند. در مواردی که شرایط خشک شدن باید با کاهش رطوبت جامد تغییر کند، از این نوع خشک کن ها استفاده می شود.
– خشک کن سیال – بستر
نام انگلیسی: Fluid dryer – bed
خشک کن هایی که جامدات در آنها توسط گاز خشک کن سیالی می شوند در موارد گوناگون به کار می روند. ذرات توسط هوا یا گاز در یک واحد، با بستر جوشان، سیالی می شوند. اختلاط و انتقال گرما خیای سریع انجام می شود. خوراک خیس از بالای بستر وارد و محصول خشک از بغل ، در نزدیک پایین دستگاه، خارج می شوند. زمان متوسطی که ذره ای در خشک کن می ماند، وقتی که فقط مایع سطحی تبخیر می شود، معمولاً ۳۰ تا ۱۲۰ ثانیه است و اگر پخش داخلی وجود داشته باشد، ۱۵ تا ۳۰دقیقه است. ذرات کوچک اساساً تا دمای حباب خشک خروجی گاز سیال ساز گرم می شوند؛ لذا، مواد حساس به گرما را در یک محیط تعلیقی نسبتاً سرد باید خشک کرد. با وجود این، گاز ورودی می تواند داغ باشد، برای این که به قدری سریع مخلوط می شود که دما در واقع یکنواخت است، و در تمام بستر برابر با دمای گاز خروجی است. اگر ذرات ریز در خوراک باشند یا از شکسته شدن ذرات در بستر سیالی به وجود آیند، مقدار زیادی از جامدات ممکن است همراه گاز خارج شوند و برای بازیابی ذرات ریز احتیاج به سیکلون و صافی های کیسه ای است. بعضی از خشک کن های سیال – بستر مستطیلی دارای محفظه های سیالی جداگانه هستند که در آنها جامدات از ورودی تا خروجی زنجیروار حرکت می کنند. آنها را خشک کن با جریان پیستونی می گویند؛ زمان ماندگاری در این خشک کن ها برای تمام ذرات تقریباً یکسان است. شرایط خشک شدن را از محفظه ای تا محفظه دیگر می توان تغییر داد، و اغلب آخرین محفظه با گاز سرد سیالی می شود تا جامدات قبل از تخلیه خنک شوند. خشک کن ها می توانند به صورت ناپیوسته نیز کار کنند. جامدات خیس در مخزن سوراخ داری که به ته محفظه سیال سازی متصل است سیالی شده و سپس گرم و خشک و تخلیه می شوند. در بسیاری از فرآیند ها، این دستگاه ها به جای خشک کن های سینی دار را گرفته اند.
0 پاسخ

ارسال یک پاسخ

در گفتگو ها شرکت کنید.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *


+ یک = هفت