المبدأ

يُعد مجفف الكاسكيد الدوّار أحد أكثر أنواع المجففات الدوارة ذات التلامس المباشر شيوعاً وكفاءةً، ويُستخدم على نطاق واسع لتجفيف المواد الحبيبية والبلورية وسهلة الانسياب مثل المعادن والأسمدة والرمال والأملاح والمواد الكيميائية. ويعمل وفق مبدأ انتقال الحرارة المباشر بالحمل الحراري، حيث تتلامس الغازات الساخنة مباشرةً مع المادة الرطبة أثناء تقليبها ورفعها داخل أسطوانة دوارة مزودة بريش أو رافعات داخلية.

تضمن الحركة المتتالية للمادة عبر تيار الغاز الساخن خلطاً مكثفاً، ومساحة سطح كبيرة للتلامس، وتجفيفاً متجانساً. تتم إزالة الرطوبة بسرعة، ويُفرَّغ المنتج الجاف بشكل مستمر من الطرف الآخر للأسطوانة.

مبدأ التشغيل

يعتمد مبدأ عمل مجفف الكاسكيد الدوّار على انتقال الحرارة بالتلامس المباشر بين الهواء أو الغاز الساخن والمادة الصلبة الرطبة.

• يتم إدخال المادة الرطبة إلى أحد طرفي أسطوانة دوارة أسطوانية الشكل ومائلة قليلاً.
• يتدفق الهواء الساخن أو غاز المداخن (من الفرن أو الموقد) إما في نفس اتجاه حركة المادة (تدفق متوافق) أو في الاتجاه المعاكس (تدفق معاكس).
• داخل الأسطوانة، تقوم مجموعة من الريش الرافعة برفع المادة وإسقاطها على شكل شلالات عبر تيار الهواء الساخن، مما يعزز الخلط المستمر ويزيد مساحة التلامس السطحي.
• تنتقل الحرارة بشكل أساسي بواسطة الحمل الحراري من الغاز الساخن إلى المادة، وبواسطة التوصيل الحراري من جدار الأسطوانة الساخن.
• مع دوران الأسطوانة، تتبخر الرطوبة، ويخرج الهواء المحمل بالبخار عبر نظام العادم، بينما تتحرك المواد الجافة تدريجياً نحو طرف التفريغ.

تضمن حركة الكاسكيد تلامساً ممتازاً بين الغاز والمواد الصلبة، وتجفيفاً متجانساً، واستخداماً فعالاً للطاقة الحرارية.

التركيب

يتكون مجفف الكاسكيد الدوّار بشكل أساسي من المكونات التالية:

1. الغلاف الدوّار (الأسطوانة):

الجزء الرئيسي للمجفف عبارة عن أسطوانة أفقية طويلة مائلة قليلاً بزاوية تتراوح بين 1° و5° لتسهيل حركة المادة بالجاذبية.

• تُصنع الأسطوانة من الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ أو سبائك خاصة حسب المنتج ودرجة حرارة التشغيل.
• تُدعَم بواسطة حلقات ارتكاز (Tyres) وبكرات دعم لضمان دوران سلس.
• يتراوح عادةً معدل الطول إلى القطر بين 4:1 و10:1.
• تدور الأسطوانة بسرعة منخفضة تتراوح عادةً بين 2 و10 دورة/دقيقة بواسطة محرك كهربائي وعلبة تروس.

2. الريش الرافعة (Flights):

يتم تثبيت ريش أو شفرات رفع على السطح الداخلي للأسطوانة.

• تقوم الريش برفع المادة من القاع وإسقاطها داخل تيار الهواء الساخن.
• تضمن هذه الحركة انتشار المادة بشكل جيد وتلامسها المباشر مع الغاز الساخن، مما يزيد من كفاءة انتقال الحرارة والكتلة.
• يعتمد تصميم وعدد وشكل الريش على خصائص المادة وزمن المكوث المطلوب.

3. نظام التغذية:

يتم إدخال المادة الرطبة عبر قادوس تغذية أو ناقل لولبي إلى الطرف العلوي للأسطوانة، مع توزيع متجانس لمنع الانسداد وضمان حركة كاسكيد منتظمة.

4. نظام تسخين الهواء / الغاز:

يتم توليد وسيط التجفيف (الهواء الساخن أو غاز المداخن) باستخدام:

• فرن يعمل بالغاز أو الزيت.
• مولد هواء ساخن.
• مصدر استعادة حرارة مهدرة (مثل غازات العادم من عمليات أخرى).

وتتراوح درجة حرارة الهواء الداخل عادةً بين 200°C و800°C حسب طبيعة المنتج.

5. ترتيب تدفق الهواء:

يوجد نمطان رئيسيان لتدفق الهواء:

• التدفق المتوافق: يتحرك الهواء الساخن والمادة في الاتجاه نفسه. يتلامس الهواء الأكثر حرارة مع المادة الأعلى رطوبة، مما يحقق تجفيفاً سريعاً في البداية ويجعل درجة حرارة المنتج النهائية منخفضة، وهو مناسب للمواد الحساسة للحرارة.
• التدفق المعاكس: يتحرك الهواء الساخن والمادة في اتجاهين متعاكسين، مما يوفر كفاءة تجفيف أعلى ورطوبة نهائية أقل، وهو مناسب للمواد القادرة على تحمل درجات حرارة مرتفعة.

6. نظام العادم:

يخرج الهواء الرطب أو غازات العادم عبر قناة عادم متصلة بمعدات جمع الغبار مثل:

• الفاصل الإعصاري.
• فلتر الأكياس.
• وحدة الغسيل (Scrubber).

وذلك لإزالة الجسيمات الدقيقة قبل إطلاق الهواء النظيف إلى الغلاف الجوي.

7. نظام التفريغ:

يتم تفريغ المادة الجافة بشكل مستمر من الطرف السفلي للأسطوانة عبر مجرى تفريغ أو ناقل لولبي، وغالباً ما يكون مزوداً بنظام إحكام لمنع تسرب الهواء.

8. آلية التشغيل:

تدور الأسطوانة بواسطة محرك كهربائي وعلبة تخفيض سرعة متصلين عبر نظام نقل حركة بالسلسلة أو الحزام أو الترس الحلقي. ويمكن التحكم بسرعة الدوران باستخدام محرك تردد متغير (VFD) لضبط زمن مكوث المادة داخل المجفف.

9. العزل والغلاف الخارجي:

يُغطى السطح الخارجي للأسطوانة بالكامل بـ عازل حراري (عادةً الصوف الزجاجي أو الصوف المعدني)، ويُغطى بغلاف معدني لحماية المشغلين وتقليل فقدان الحرارة.

10. أجهزة القياس والتحكم:

يُجهز المجفف بـ حساسات درجة الحرارة، ومقاييس تدفق الهواء، ومقاييس الضغط عند المدخل والمخرج. وفي الأنظمة الحديثة، تُستخدم لوحة تحكم PLC–HMI للتحكم التلقائي في درجة حرارة الهواء وسرعة الأسطوانة ومعدل التغذية لضمان أداء تجفيف ثابت ومتجانس.