Проблема эффективной сушки растительного сырья и производственных отходов решена

Индустриальная эпоха. Практически все предметы потребления человека, включая продукты питания, производятся промышленным способом. У масштабного промышленного производства имеется ряд преимуществ перед мелкотоварным: большая экономическая эффективность за счет более высокой производительности труда и низких издержек в расчете на единицу произведенной продукции, более высокое качество продукции. Однако, у крупного промышленного производства имеются и серьезные недостатки. Один из главных недостатков – концентрация отходов. Например: только за одни сутки на целлюлозо-бумажном комбинате средней величины образуется более 100 тонн ила, средняя по размеру птицефабрика в сутки «производит» более 200 тонн помета, в таких же масштабах образуются отходы при производстве сахара, спирта, пива и многих других продуктов и товаров. Как правило, эти отходы не перерабатываются, а вывозятся на полигоны. На полигонах они накапливаются в количествах сотен тысяч и даже миллионов тонн. Под собственным весом отходы слеживаются, доступ воздуха в нижние слои прекращается, и в результате процесс разложения этих отходов растягивается на десятилетия. Медленно разлагаясь, эти отходы отравляют всё вокруг, становятся источником распространения заболеваний.

Совершенно очевидно, что при дальнейшем развитии индустриального производства эта серьезная проблема требует радикального решения. Решение проблемы переработки отходов промышленного производства осложняется тем обстоятельством, что влажность всех этих отходов (за редким исключением) - очень высока, т.е., как правило, лежит в диапазоне 65 … 95%. Относительно дешевым способом удаления влаги из отходов является отжим в специальных прессах. Затраты электроэнергии составляют всего 5 … 15 кВт*часов на тонну удаленной воды. Однако, этим способом можно удалить только свободную (несвязанную) влагу. Поэтому методом отжима в реальных условиях можно понизить влажность до величины не ниже 62% (в различных источниках встречаются утверждения о достижении лучших показателей, но реальные доказательства не представлены). При этом необходимо понимать, что целью переработки отходов является снижение влажности как минимум до 30% (если предполагается утилизировать отходы путем сжигания), а чаще - до 10% (для дальнейшего прессования, транспортировки, хранения). И вот именно эффективное удаление связанной влаги является самой сложной задачей переработки (утилизации) промышленных отходов. Поскольку, как уже сказано выше, методом отжима данная проблема полностью не решается, то напрашивается вывод, что единственно возможный вариант - удалять воду путем испарения. Руководствуясь именно таким выводом, отдельные предприятия и пытались решать проблему сушки влажных отходов, используя всевозможные барабанные и ленточные сушилки. То, что успех при этом не был достигнут – вполне закономерно. Для того, чтобы разобраться в причинах крайне низкой эффективности традиционных сушильных агрегатов, необходимо проанализировать физические принципы, положенные в основу их работы.

Начнем с нескольких простых физических постулатов. Какими должны быть условия для эффективной сушки методом испарения воды?

На мой взгляд, существенных условий всего 3:

1. Размер частиц высушиваемого материала должен быть как можно меньше, чтобы путь молекулы удаляемой воды от центра частицы до поверхности испарения был максимально коротким, а скорость прогрева частицы на всю глубину – максимально высокой.

2. Площадь контакта поверхности высушиваемых частиц и сушильного агента (воздуха) должна быть максимально возможной, а период времени этого контакта – максимально длинным.

3. Температура сушильного агента должна иметь максимальное значение, не вызывающее деструкции высушиваемого материала.

            А теперь возникает закономерный вопрос – выполняются ли эти условия эффективного удаления воды путем испарения в традиционных (барабанных и ленточных) сушилках? Ответ очевиден – не выполняются. Остановимся на этом подробнее.

1. Размер частиц. При осуществлении сушки в традиционных сушилках никто не занимается предварительным измельчением материала по той простой причине, что это практически невозможно. Для измельчения обычно используются дробилки, но они просто не могут измельчать влажные материалы (дробилки «забиваются»). Если измельчение материала является обязательным, то его измельчают уже после сушки (такова схема всех «классических» технологий). Соответственно, размер частиц сырья – «как получилось».

2. Площадь контакта сырья и сушильного агента. Во всех традиционных сушилках высушиваемый материал большую часть времени переработки лежит в неподвижном слое. Время, когда частица материала окружена сушильным агентом со всех сторон, составляет 1 … 5 % от общего времени сушки. Какой при этом может быть «эффективность» сушки – очевидно.

3. Температура сушильного агента. Из-за невыполнения условия № 2, в традиционных сушилках всегда одновременно присутствуют и совершенно влажные, и уже высушенные частицы. Из-за наличия в сушилке полностью сухих частиц не представляется возможным увеличение температуры сушильного агента вплоть до начала деструкции высушиваемого материала, т.к. возгорание этого материала начнется раньше.

Существует ли оборудование, полностью отвечающее этим простым условиям?  Да, существует. Это – оборудование одновременной сушки и измельчения. Как ни странно, но сам способ одновременной сушки и измельчения растительных материалов известен, как минимум, с 1926 года. Однако, оборудование, эффективно использующее данный способ, появилось сравнительно недавно – в 2006 году, когда был изобретен Агрегат сушки-измельчения серии «АС» ударно-термического типа. При создании этого Агрегата были взяты за основу перечисленные выше постулаты, и одновременно поставлена цель сделать максимально простое и надежное оборудование. Вторая часть задачи была решена только к февралю 2009 года, когда и начался серийный выпуск Агрегата серии АС-4. На сегодняшний день в России и за рубежом работает уже более 50 Агрегатов этой серии. Семилетняя практика эксплуатации показала, что АС-4 имеет лучшие показатели энергоэффективности сушки растительных материалов среди всех известных типов сушильного оборудования (в некоторых сравнениях эффективность выше в разы). Но это не единственное преимущество АС-4. Помимо уникальной энергоэффективности, агрегат обладает рядом неоспоримых достоинств. В частности, это: высокая степень автоматизации, легкости регулирования и поддерживания заданных параметров процесса сушки-измельчения; меньшее количество элементов оборудования и, как следствие, – большая надежность; абсолютная пожаробезопасность; максимальная компактность (АС производительностью 1 т/час занимает всего 6 м2) и, как следствие, – намного меньшие расходы на здания, фундаменты, транспортировку и так далее; максимальная заводская готовность – низкие затраты на монтаж; низкие эксплуатационные расходы ввиду минимального количества изнашиваемых деталей; минимальное время простоя при замене быстроизнашиваемых деталей. И, пожалуй, самое главное: АС позволяет за одну технологическую операцию из влажного сырья с большими размерами частиц получить сухой порошок, идеально подходящий не только для гранулирования и брикетирования, но и для производства сжигания в пылевых горелках, при этом, размер фракции на выходе АС регулируется с пульта управления без остановки Агрегата! 

В заключении необходимо отметить, что Агрегат АС-4 имеет максимальную универсальность, - он эффективно сушит практически любые материалы: куриный помет, опилки, иловые отложения, траву, торф, лигнин, отходы переработки зерна, пивную дробину, спиртовую барду, свекловичный жом и многое другое. Из чего можно сделать вывод:  технологическая часть проблемы эффективной сушки растительного сырья и производственных отходов - решена.

П.П. Слипченко.

Сентябрь 2016 г.