خشک کن دوار

مقدمه تئوری :
خشک­کن دوار شامل یک استوانه­ای است که در جهت مناسب می­چرخد و به طور معمول با افق زاویة کمی دارد.
طول استوانه 4 تا بیش از 10 برابر قطرش می­باشد که ممکن است از 3/0 تا 3 متر تغییر کند. مواد جامد تغذیه شده به انتهای هر سیلندر وارد می­شود و به واسطة سه خاصیت چرخشی، اختلاف ارتفاع و شیب استوانه، محصول تمام شده از قسمت دیگر تغذیه می­کنند.
خشکنهای دوار به سه گروه تقسیم می­شوند: 1) مستقیم 2) غیرمستقیم، مستقیم
3) غیرمستقیم
روش مستقیم روشی است که وقتی تبادل مستقیم حرارت بین جریان مواد جامد صورت می­گیرد موچب افزایش یا کاهش دمای جامدات می­شود و روش غیرمستقیم روشی است که گرمای ملایم جدا شده از برخورد فیزیکی مواد جامد با دیوار یا لوله فلزی باشد.
خشک­کن دوار:یکی از مهمترین خشک­کن­هایی است که برای خشک کردن مواد جامد گرانول که می­توانند جریان آزاد داشته باشند و در اثر پاشیدن و به هم خوردن عمل خرد شدن قابل ملاحظه­ای صورت نگیرد.

اگر خشک کن دوار مجهز به دستگاه مخصوصی که کیکهای جامد را می­شکنند باشند، می­توانند مواد خیلی چسبنده را هم به خوبی خشک کنند. در مورد خشک کردن مایعات غلیظ، مواد گلی شکل، مواد خیلی چسبنده و صمغی و موادی که به کندی خشک می­شوند مناسب نمی­باشند به علاوه مواد گوگردی و یا مواد سبکی که به راحتی توسط جریان هوا حمل می­شوند. خشک­کن­های دوار برای خشک­کردن کودهای شیمیایی از قبیل سولفات، فسفات، و نیترات آلونیوم و نمکهای پتاسیم، همچنین موادی مانند مواد معدنی، شن، سنگ آهک، خاک رس ....
زمان خشک شدن در این خشک کنها معمولاً بین 5 دقیقه تا 1 ساعت و ظرفیت آنها بین چند صد کیلوگرم تا چند صدتن تغییر می­کند.
ساختمان شماتیک یک خشک­کن دوار:
یک خشک­کن دوار شامل یک پوسته استوانه­ای چرخنده به صورت افقی و با کمی شیب به سمت قسمت خروجی خوراک می­باشد. خوراک مرطوب از یک انتهای استوانه وارد و از انتهای دیگر محصول خشک شده خارج می­شود، هنگامیکه استوانه می­چرخد پرده­های بالا برنده مواد جامد را بالا می­برند و به داخل هوای داغ در حال جریان می­پاشند و درنتیجه سطح مواد جامد به طور کامل در معرض هوای داغ قرار گرفته و عمل خشک شدن به طور مؤثرتری انجام میگیرد. در محل ورود خوراک چند پره مارپیچی قرار دارد که به جلو راندن خوراک کمک می­کند تا به پرده­های اصلی برسد.
در محیط­های مرطوب لازم است که هوای خنک ورودی تا حدی رطوبت زدایی شود که این کار را می­توان توسط برج جذب و درمجاورت کلسیم کلراید انجام داد. دستگاه­های فرعی این خشک کن عبارتند از: گرم کن هوا با شعله مستقیم و یا غیرمستقیم، کانال تنظیم کردن مقدار هوا، دستگاه جمع­­آوری غبارات و فن­ها، همچنین یک سیستم نوار نقاله برای انتقال ذرات ورودی و خروجی در بعضی موارد به یک سیستم اتوماتیک چکشی نیاز است تا موادی را که روی بالا برنده به صورت کیک قرار می­گیرند خرد کند.
تئوری خشک­کن­های دوار:
اگر انتقال حرارت مستقیماً از فاز گاز به فاز جامد صورت گیرد آن را از نوع حرارت مستقیم و اگر انتقال حرارت از لوله­های بخار به مواد جامد انجام گیرد آنرا از نوع حرارت غیرمستقیم گویند. در صورتی که جهت جریان فاز گاز و فاز جامد هم جهت لاشند آنرا فواری واگر مخالف جهت هم باشند آنرامتقابل گویند. براین اساس خشک­کن­های دوار به چهار گروه زیر تقسیم می­شوند.
حرارت مستقیم، جریان متقابل:
برای موادی که باید تا دمای بالاتر گرم شوند مانند مواد معدنی، شن، سنگ آهک، خاک رس و غیره از جریان مستقیم گاز داغ استفاده می­شود. برای موادی که نباید تا دمای خیلی بالاتری گرم شوند مانند سولفات آلومینوم و شکر و محصولات کریستالی مواد شیمیایی، از هوای گرم استفاده می­شود.
2) حرارت مستقیم، جریان فواری:
مواد جامدی که از آلوده شدن آن با گاز احتراق نگران نیستیم ولی باید تا دمای بالا گرم نشوند مانند سولفید آهن، سنگ گچ و مواد آلی مانند ذغال سنگ احیا نشده و مواد کشاورزی، باید در خشک­کن موازی خنک شوند.
3)حرارت غیرمستقیم، جریان متقابل:
موادی نظیر پیگمانهای سفید که باید تا درجه حرارت بالا گرم شوند ولی در تماس با گاز نیابد باشند. ممکن است ساختمان خشک­کن انتخاب شده از آجر نسوز ساخته شده باشد و به وسیله بخار داغ کاملاً احاطه شده باشد. در این حالت دبی جریان هوا را در مینیمم مقدار خود نگه می­داریم زیرا در این حالت حرارت بوسیلة هدایت از پوسته و یا لوله­های مرکزی اعمل می­شود.
4) نوع مستقیم – غیرمستقیم:
این خشک­کن اقتصادی تر از خشک­کن مستقیم می­باشد و ممکن است برای موادی که در درجه حرارت بالا خشک می­شوند با استفاده از لوله بخار بکار گرفته شوند. به عنوان مثال هوای داغ با درجه حرارت 1200 تا of 1400 آنرا ترک کرده و وارد فضای حلقه مانند شده و در تماس با ماده جامد قرار می­گیرد . در دمای 140 تاfo170 آنرا ترک می­کنند. زغال سنگ خام کلاً به این روش خشک می­شوند بدون آنکه مشتعل شوند و یا گرد و غبار آنها محترق شوند. قطر تقریبی این خشک کن تنها از 3 الی 10 (فوت) و طول آنها از 2 الی 100 فوت تغییر می­کند.
خشک­کن دوار مستقیم:این نوع خشک کن معمولاً شامل یک استوانه فلزی ساده بود و برای درجه حرارتهای پایین و یا متوسط مناسب می­باشد. برای درجه حرارتهای عملیاتی که در حد پایین می­باشد از فلزات با خواص مناسب آن را ساخته­اند.
خشک­کن لوله بخار غیرمستقیم:این نوع خشک­کن شامل یک استوانه ساده است که مجهز به یک، دو و یا سه ردیف لوله می­باشد ودر هنگام عملیات حاوی سیال حرارتی است و در داخل استوانه به صورت طولی نصب شده­اند. این نوع برای خشک­کن­هایی که دارای درجه حرارت بخار (سیال حرارتی) هستند مناسب می­باشد و برای خشک­ کردن موادی که به آلودگی حساس هستند و نباید در تماس با گاز احتراق باشند کاربرد دارد.
خشک­کن کرکرده­ای:در این خشک­کن گاز در داخل بسته سیر لوله می­شود و مانند خشک­کن­های دوار مستقیم برای درجه حرارتهای پایین و متوسط مناسب است.
خشک­کن مستقیم کرکره­ای:هوای داغ (یا هوای سرد) ازمیان کرکره­ها به داخل استوانه دوار دو جداره دویده می­شوند و از لای کرکره­ها عبور کرده و به داخل بستر مواد جامد دمیده می­شود و در این حال استوانه یا شل می­چرخد وجود پره­های کرکره­ای مانند باعث می­شود که هوای داغ به صورت یکنواخت به بستر مواد جامد رسیده و عمل انتقال حرارت و جرم بهتر صورت گیرد.
خشک­کن دوار غیرمستقیم لوله بخار:لوله­های بخار گرم کننده به صورت قرینه­وار و متحدالمرکز در یک دو و یا سه ردیف نصب شده­اند و همراه استوانه خشک کن می­چرخند این لوله­های بخارممکن است از نوع لولة ساده باشند که بخار در طول آن ضمن حرارت دادن کندانس شده و این آب کندانس شده از طریق تله بخار دفع می­شود.
(تله بخار دارای این خاصیت هست که مایع را اجازه می­دهد که از آن عبور کرده و خارج شود ولی از خارج شدن فاز گازی ممانعت می­کند.) هوایی که از خشک­کن خارج می­شود خارج می­شود تقریباً نزدیک به اشباع است زیرا مقدار هوایی که در این خشک­کن لازم است، معمولاً خیلی کمتر از مقدار هوای مصرفی در خشک­کن­های نوع مستقیم است.
بخار داغ وارد لوله­ها شده و پس از کندانس شدن از آن خارج می­شود. جسم خشک شده از درون روزنه­هایی که در شل قرار دارند خارج می­شود. این روزنه­ها دارای دیواره­هایی هستند که باعث می­شود عمق بستر در داخل شل همیشه به اندازه کافی باقی بماند. این خشک­کن­ها به ویژه برای خشک کردن موادی مناسب است که زمان خشک کردن با شدت نزولی انها طولانی بوده و بتوان آنها را در زمانی نسبتاً طولانی در یک دمای ثابت نگه داشت. دوران شل در ضمن اینکه موجب هم زدن مواد بستر شده و از ایجاد کیک جلوگیری می­کند، باعث سهولت جریان بخار آب نیز خواهند شد و به دلیل اتلاف حرارتی پایین جریان هوای خروجی، راندمان بالاست این خشک­کن برای موادی که نسبت به حرارت حساس هستند مناسب است. زیرا که درجه حرارت ماکزیمم دقیقاً قابل کنترل می­باشد و این دما توسط دمای عامل گرم کننده (بخار) کنترل می­شود.
در این نوع خشک­کن­ها معمولاً خوراک مرطوب از طریق انتقال دهنده مارپیچی و یا ریزشی به داخل خشک­کن وارد می­شود و در خشک­کن­های معمولی، محصول خشک شده در انتهای استوانه از لابه لای لوله های بخار به بیرون ریخته می­شود. بااین کار همچنین هوای استفاده شده جهت خشک کردن و دیگر گازهای موجود ازداخل خشک­کن خارج می­شود. به دلایل زیاد جهت جریان کاز و مواد جامد متقابل می­باشد.
محاسبه قطر خشک­کن
بادرنظر گرفتن روش چگونگی عملیات و میزان رطوبت قابل قبول برای محصول و دمای هوای خروجی مقدار هوای لازم و دمای ورودی آن موازنه جرم و حرارت مشخص می­شود. سرعت هوا نبایستی خیلی زیاد باشد، زیرا در این صورت مواد جامد بیش از اندازه منتقل می­شوند. برای مواد زبر و درشت (Coarse) تجربیات عملی مشخص کرده سرعت متوسطی برابر 5/2 برای هوای خروجی لازم است. برای مواد زیر (پودری) سرعت خیلی کمتری لازم ایت. یک روش تجربی برای محاسبه سرعت هوا، برابر گرفتن آن با نصف سرعت حد سقوط آزاد کوچکترین ذرات موجود در محصول است. سطح مقطع و قطر خشک­کن را با این فرض که سطح مؤثر برای جریان هوا 85% سطح کل است می­توان محاسبه نمود.
محاسبه طول خشک­کن :
اگر زمان خشک شدن را به طریقی بتوان تعیین نمود (در یک واحد خشک­کن موجود و یا در آزمایشگاه در تحت شرایطی که در خشک اصلی موجود است) این زمان برای طراحی مکانیکی خشک­کنی که در زمان اقامت مواد درآن، مقدار کمی از زمان خشک شدن بیشتر باشد مورد استفاده قرار می­گیرد. رابطه­ای که می­توان از آن استفاده نمود قبلاً ذکر شده است. مسئله مهم در ایفا یکسان بودن شرایط در خشک­کن آزمایشگاهی و خشک­کن اصلی است و این بدان معنی است که زمان خشک شدن می­بایستی از روی یک خشک­کن مقیاس صنعتی و با یک طرح بزرگ نیمه صنعتی تعیین شده باشد.
محاسبه طول خشک­کن مسئله ای است که تواماً با انتقال جرم و انتقال حرارت مربوط
می­شود. روش محاسبه بعداً می­آوریم. کل تغییرات مقدار زپرطوبت خوراک در خشک­کن به تعداد مناسبی تقسیم می­شود. این تقسیمها شامل مراحل پیش گرم نمودن خوراک (که خوراک را به دمای حباب مربوط می­رساند) و مرحله خشک شدن با شدت ثابت و بقیه تقسیمات (6 تا 10 قسمت) مربوط به مرحله خشک شدن با شدت نزولی می­شود. اگر محاسبات با استفاده از کامپیوتر انجام شود می­توان تعداد تقسیمات را زیاد نمود و دقت محاسبات را افزایش نمود. طراح یک خشک­کن باید هر طراحی را با یک مسئله مجزا و منفرد بداند، طرحهای دیگران تنها می­تواند، راهنمایی برای طراحی او باشد.
دمای خوراک و دمای هوا و دمای حباب مرطوب معلوم است انگاه طول قسمت پیش گرم نمودن خوراک و رساندن خوراک به دمای حباب و قسمت خشک شدن با شدت ثابت با استفاده از ضرائب انتقال حرارت محاسبه می­شود (فرض می­شود که در قسمت پیش گرم نمودن خوراک، خشک شدن صورت نمی­گیرد) برای محاسیه طول قسمتی از خشک­کن که درآن خشک شدن با شدت نزولی صورت می­گیرد، ضریب انتقال جرم درواحد طول، بر حسب تابع از مقدار رطوبت لازم است. ضریب انتقال حرارت درسرتاسر خشک­کن را می­توانیم ثابت فرض کنیم. شاید بهتر باشد نخست زمان خشک شدن تخمین زده شود و آنگاه طول خشک کن برای تامین زمان فوق محاسبه شود. این روش محاسبه اساساً مشابه روش قبل است با این تفاوت که مراحل محاسباتی آن متفاوت است.

دمای ورودی
دمای خروجی
زمان ورود خوراک
66.6
48.3
بعد از 5 دقیقه
76.82
57.1
بعد از 10 دقیقه
65.52
53.82
بعد از 15 دقیقه
70
55.4
بعد از 20 دقیقه
79.4
58.6

« طراحی خشک کن دوار»
برای طراحی یک خشک­گن دوار باید موارد زیر را محاسبه کرد:
1) طول و قطر خشک­کن 2) شیب خشک­کن
3) مقدار هوای لازم برای عمل خشک­کردن 4) مقدار حرارت لازم
5) جهت جریان 6) تعداد دور استوانه در واحد زمان
برای بدست آوردن بالا بایستی یک سری معلومات داشته باشیم که عبارتنداز:
1) رطوبت و دمای هوای موجود
2) رطوبت و دمای هوای خروجی از گرمکن
3) رطوبت و دمای هوای خروجی از خشک­کن
4) رطوبت ماده ورودی
5) مقدار محصول در واحد زمان
6) میزان رطوبت محصول

« محاسبات»
داده­های مسئله:
=وزن سویا200 gr
Set point S2

قطر
وزن سویای مرطوب=255
وزن سویای خشک=200
دمای ورودی
دمای خروجی
سرعت

=جرم200gr=0.2 kg=0.44 Ib

فهرست منابع:
1- تریبال رابرت . ترجمه دکتر طاهره کاغذ چی و دکتر مرتضی سهرابی . چاپ پنجم بهمن 1380 انتقال جرم ، نشر مرکز نشر دانشگاهی صنعتی امیرکبیر ( پلی تکنیک تهران )
2- وارن ال . مک کیب . جولیان سی . اسمیت . پیتر هریوت
ترجمه علی اصغر حمیدی ، داود رشتچیان ، محمد مهدی منتظر رحمتی ، چاپ اول 1380 عملیات واحد مهندسی شیمی ، نشر مرکز نشر دانشگاهی
3- ماکس . اس . پیترز . کلاوس دی . تیمرهاوس . ترجمه مجتبی سمنانی رهبر ، ساناز پورمند ، چاپ اول 1380 طراحی کارخانه و تحلیل مباحث اقتصادی برای مهندسین شیمی ، نشر دانشگاه امام حسین (ع)
4- دکتر مرتضی خسروی . سهیلا صداقت . چاپ اول زمستان 76، شیمی نشر دانشگاه امام حسین