Исследование кинетики процесса сушки полупродуктов красителей (Р-соли) на одиночной частице

УДК 66.074.31

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА СУШКИ ПОЛУПРОДУКТОВ КРАСИТЕЛЕЙ (Р-СОЛИ) НА ОДИНОЧНОЙ ЧАСТИЦЕ

© А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, К.В. Брянкин, С.Ю. Чупрунов, П.А. Фефелов

Leontyeva A.I., Utrobin N.P., Bryankin K.V., Chuprunov S.Y., Fefelov P.A. An Investigation of Kinetics of the Process of Drying Dyes’ Semi-products (R-salt) on a Single Particle. The article contains results of the R-salt drying process kinetics comparative analysis by different methods. The mechanism of granule formation during the drying process is described. Descriptions of an experimental plant and experimental method for the study of drying process kinetics on an inert bearer single particle and its results are given. The influence of the drying agent temperature on the prepared product properties is analysed, and the limits to carry out the R-salt drying process are established.

Ситуация в отечественной лакокрасочной промышленности на настоящий момент такова, что выпускаемая ею продукция не соответствует по своим качественным показателям мировым стандартам. В то время как отечественные химические предприятия выпускают продукт преимущественно в пастообразном виде, их зарубежные аналоги уже в течение длительного периода времени ориентированы на выпуск готового продукта в порошкообразном виде более высокого качества. В связи с этим возникли вполне определенные трудности, связанные с реализацией продукции на внешнем рынке. Подобная обстановка сложилась и в производстве Р-соли. Поэтому появилась

необходимость в его переориентации на выпуск продукции в сухом порошкообразном виде. Однако применение сушильных установок, традиционно используемых в химическом производстве, не дало положительных результатов. Возникшая проблема потребовала более глубоких теоретических и экспериментальных исследований.

Техническое наименование продукта:

2-нафтол-3,6-дисульфокислота, динатрие вая

соль - имеет следующую структурную формулу:

Ш!н

Применяется для получения азокрасителей, идущих для изготовления светочувствительных бумаг.

На существующем оборудовании Р-соль получают в виде пасты вязкой глинообразной структуры с концентрацией твердой фазы 30 - 35 %. В качестве предполагаемых исследовались методы сушки на вальце-ленточной (СВЛ) и вакуум-грсбковой (ВГС) сушилках, получивших наибольшее распространение в химической промышленности. Эксперименты проводились на лабораторных установках, мо-

делирующих условия реального аппарата. Длительность процесса сушки в СВЛ составила 6 часов, а в ВГС - 10 часов. Требуемая влажность Р-соли 0,5 - 1,0 96.

В ходе эксперимента на модели ВГС была выявлена склонность этого продукта к грануло-образованию, то есть в процессе сушки под действием перемешивающего устройства материал окатывается и образуются агломераты размером более 25 мм. Поверхностная влага легко и быстро удаляется [1), однако при этом образуется прочная почти непроницаемая оболочка, создающая значительное сопротивление диффузии влаги из внутренних слоев. Таким образом, сушка протекает с постоянным увеличением толщины оболочки и соответствующим уменьшением скорости процесса. Равновесное состоять достигается при содержании влаги в ядре гранулы 10 - 15 96. Аналогично проходит процесс сушки на СВЛ, где агломераты призматической формы формируются на формующем валке. Достигаемая конечная влажность Р-соли 5 - 6 96. Кроме того, было обнаружено, что Р-соль является термолабильным продуктом, не терпящим длительного воздействия температуры.

Анализируя полученные данные, был сделан следующий вывод: сушку Р-соли необходимо вести в тонком слое при непосредственном контакте с сушильным агентом и температуре, не превышающей 90° С [2, 3]. Реализовать эти условия можно методом сушки на инертных телах. Для изучения кинетики процесса па модели сушилки с инертным носителем проведены эксперименты, заключающиеся в следующем: нанесении на поверхность инерта суспензии Р-соли в определенном количестве, размещении рабочих тел на распределитель]юй решетке сушилки, обдуве их потоком сушильного агента (воздуха) при температуре 60 - 65° С и отборе проб исследуемого материа-

ла на определение влажности методом досушки до постоянного веса. Сравнивая полученные таким образом результаты с предыдущими данными, отображенными на рис. 1 в виде кинетических кривых сушки, можно сделать вывод, что наиболее эффективным как с точки зрения интенсивности съема влаги, так и достигаемой конечной влажности, является метод сушки с инертным носителем [4 - 6].

Проектирование и расчет реальной сушилки потребовали более глубокого изучения особенностей процесса сушки - исследований кинетики сушки Р-соли на одиночной частице инертного носителя. В качестве метода определения влажности использован элекгрокондук-тометрический метод, позволяющий осуществлять измерения непрерывно и практически безынерционно. На его основе была создана экспериментальная установка, показанная на рис. 2, состоящая из системы подачи и подогрева сушильного агента (воздуходувка 8 и калорифер 7), корпуса сушилки 3, чувствительного датчика 2, самописца 1 , источника постоянного тока 6 и вентиляционной системы (9, 10). Контроль температуры осуществляется при помощи термопар 4 и контрольного самопишущего прибора 5. Самописец регистрирует изменение разности потенциалов на образце, возникающее по следующей причине: поскольку Р-соль представляет собой капиллярнопористое тело, в порах которого находится влага, для такого материала характерна зависимость его электрических свойств от влагосо-держания [7 - 91. В сухом виде Р-соль является диэлектриком с удельным объемным сопротивлением р0 * Ю10 Ом-см, в виде суспензии она становится проводником, а ее удельное сопротивление ри » 10-2 Ом-см. В процессе

Вла жность, %

Время, час

Рис. 1. Сравнительная характеристика кинетики процесса сушки раишчными методами:

1 - кинетическая кривая процесса сушки в ВГС;

2 - кинетическая кривая процесса сушки в СВЛ;

3 - кинетическая кривая процесса сушки с инертными носителями.

сушки влажность продукта W, % снижается с максимума до минимума, что сопровождается увеличением омического сопротивления образца и, соответственно, снижением разности потенциалов U, В с максимального до минимального значения. Самописец фиксирует это изменение в виде графической зависимости: U =f(t), где t - текущее время ин. Поскольку зависимость электрических CBv .^гв исследуемой среды от влажности носит логарифмический характер, составлен специальный тариро-вочный график W = f(U) для определения изменения влажности Р-соли в процессе сушки.

Эксперимент по сушке на одиночной частице осуществляется следующим образом:

— приготавливается суспензия Р-соли с концентрацией твердой фазы 10 - 15 96;

— осуществляется прогрев сушилки и инертного носителя до температуры сушки;

— взвешивается навеска суспензии Р-соли массой 5 грамм;

— шприцеванием суспензия Р-соли наносится на поверхность инертного тела (в качестве последнего используется керамический шарик диаметром 24 мм), образующийся при этом слой высушиваемого материала достигает толщины 0,3 - 0,7 мм;

— полученный таким образом образец помещается между двух электродов, имеющих ложа в виде сферических выемок, прижимное

Рис. 2. Принципиальная схема экспериментальной установки: 1 - двухкоординатный самописец

ЭНДИМ 622.01, 2 - датчик, 3 - сушилка кипящего слоя, 4 - термопара, 5 - контрольный самопишущий прибор, 6 - источник постоянного тока, 7 - калорифер, 8 - воздуходувка, 9 - короб вытяжной системы, 10 - вытяжной вентилятор.

Влажность, %

Рис. 3. Кинетические кривые процесса сушки Р-соли с инертным носителем при различных температурных режимах: 1 - кривая сушки при температуре 60' С; 2 - кривая сушки при температуре 70' С; 3 - кривая сушки при температуре 80' С.

усилие обеспечивается специально подобранной пружиной;

— электрода с исследуемым образцом переносятся внутрь потока сушильного агента, одновременно при этом включается питание на самописце и источнике постоянного тока (напряжение тока ипт = 15 В) ;

— по окончании процесса сушки (появление стабильного горизонтального участка на графической зависимости и = /(!)) прекращается подача сушильного агента, обесточиваются используемые электроприборы, производится перевод графической зависимости (при помощи тарировочного графика IV = /(Ц)) из формы и =/0) в \У = ДО.

Вышеописанный эксперимент проводился при трех температурных режимах 60° С, 70° С, 80° С. Его результаты даны в виде графических кривых на рис. 3. Анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы: повы-

шение температуры сушильного атгта с 60° С

до 80° С позволяет сократить длительность процесса сушки с 15 до 5 - 6 минут; реализация такого метода сушки обеспечивает получение сухой порошкообразной Р-соли с низкой конечной влажностью 0,5 - 1,0 %; в диапазоне температур 60 - 80° С не наблюдается активизация процессов окисления.

ВЫВОДЫ

В данной статье решается проблема повышения концентрации Р-соли методом сушки. Представлены результаты сравнительного анализа кинетических \ пктеристик процесса сушки различными методами. Рассмотрен ме-ханизм гранулообразования, протекающего в ходе сушки. Предложены описания экспериментальной установки и методики проведения эксперимента по изучению кинетики сушки Р-соли на одиночной инертной частице и результаты сушки при различных температурных режимах. Проанализировано влияние температуры сушильного агента на свойства готового продукта и установлены границы осуществления процесса.

ЛИТЕРАТУРА

1. П.шновский АН., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия. 1964. С. 731-797.

2. Романков П.Г., Рашковская II.Б. Сушка в кипящем слое. М.: Химия. 1964.

3. Романков П.Г., Рашковская II.Б. Сушка во взвешенном состоянии. М.: Химия, 1968.

4. Дэвидсон И., Кейрнз Д. Новое в теории и практике псевдо-ожижешшя. М.: Мир, 1980.

5. Дэвидсон И.Ф., Харрисон Д. Псевдоожижсние твердых частиц. М.: Химия. 1965.

6. Дэвидсон И.Ф., Харрисон Д. Псевдоожижение. М.: Химия, 1974.

7. Шкатов Е.Ф., Шува-юв В.В. Основы автоматизации технологических процессов химических производств. М.: Химия, 1988. С. 130-134.

8. Казаков А.В., Кулаков М.В., Мыюшев Ю.К. Основы автоматики и автоматизации химических производств. М.: Машиностроение. 1970. С. 171-175.

9. Измерение в промышленности. Справочник. М.: Металлургия. 1990. С. 128-141.

Поступила в редакцию 30 августа 1996 г.