Используя уравнение состояния для 1 кг сухого воздуха, запишем

 

р_вV = 1R_вТ

Напишем подробное уравнение и для 0,001 кг водяного пара, находящегося в том же объеме

V = 0,001dR_пТ

получим связь влагосодержания и парциальных давлений в виде с

 

В состоянии насыщения, характеризуемом предельно возможным содержанием паров в воздухе, справедливо равенство р_п = р_н, где р_н — парциальное давление пара, соответствующее состоянию насыщения. Отношение р_п/р_н = φ называется относительной влажностью. Парциальное давление паров в состоянии насыщения р_н увеличивается с ростом температуры.

Для определения парциального давления паров р_п в газе служит психрометр. Он состоит из двух одинаковых термометров. Один из них (сухой) измеряет температуру воздуха t_c, а второй (мокрый, так как обернут постоянно увлажняемой тканью) — температуру испаряющейся влаги t_M, связанную с влагосодержанием газа. По психрометрической таблице, прилагаемой к прибору, определяют относительную влажность при заданном (атмосферном) давлении и двух измеренных температурах (t_c и t_M). Известны и другие принципы действия психрометров.

В системе воздух - вода вещества могут находиться в двух фазах (газообразной и жидкой), число компонентов в ней также равно двум (воздух и вода), следовательно, число ее степеней свободы (по правилу фаз Гиббса) равно 2. Это значит, что независимо в ней могут изменяться только два параметра. Ими обычно являются температура t и относительная влажность с_р воздуха. Все остальные параметры системы зависимы: удельная теплоемкость с, удельная энтальпия /, влагосодержание d, парциальное давление пара р_п и др. Для определения удельной теплоемкости влажного воздуха [кДж/(кг • К)] используется зависимость

где с_с.в — удельная теплоемкость сухого воздуха, кДжДкг • К); с_с.в = 1,00 кДжДкг • К); с_п— удельная теплоемкость водяного пара, кДжДкг ■ К); с_п = 1,93 кДж/(кг • К).

Таким образом, удельная теплоемкость влажного воздуха

 

Удельная энтальпия (кДж/кг):

сухого воздуха

 

паров воды

влажного воздуха

 

 

воды в жидкой фазе

 

Взаимосвязь параметров влажного воздуха удобно изобразить на I – d диаграмме (рис. 35.1), впервые построенной Л. К. Рамзиным.

Диаграмма построена в косоугольной системе координат. Угол между осями энтальпии ι (температуры t) и влагосодержания d (или х) составляет 135°. Это сделано для компактности диаграммы. Влагосодержание d отложено на вспомогательной (горизонтальной) оси, а основная ось влагосодержания не показывается. При таком изображении линии d = const изображаются вертикалями, а линии = const — наклонными прямыми. На диаграмму обычно нанесены также изотермы влажного воздуха (t = const), линии постоянной относительной влажности (φ = const), изотермы мокрого термометра (t_M = const). Изотермы t_M на рисунке 35.1 не показаны, линии парциального давления водяного пара рп.

На i — d -диаграмме можно изображать процессы нагрева и охлаждения воздуха, смешивания двух порций влажного воздуха различных параметров, выпадения росы из воздуха.

Нагрев воздуха соответствует движению на диаграмме по линии d - const, т. е. вертикально вверх до достижения соответствующей температуры. Охлаждение этого воздуха соответствует движению вертикально вниз до пересечения с линией φ = 1. При дальнейшем охлаждении из воздуха выпадает роса, а его состояние изменяется вдоль линии φ = 1 до достижения соответствующей температуры.

При смешивании двух порций воздуха разных параметров точка, изображающая полученное состояние, лежит на прямой, соединяющей точки, изображающие исходные состояния смешиваемых компонентов. В этом процессе возможна ситуация, когда смешиваемый состав соответствует пересыщенному воздуху. В этом случае температура пересыщенного воздуха окажется расчетной, а излишняя влага выпадет в виде росы в жидкой или твердой фазе в зависимости от температуры.

Процесс сушки воздуха в соответствии с этой диаграммой должен включать охлаждение его до выпадения росы, ее выпадение и последующий подогрев до исходной температуры при новых абсолютном и относительном содержании воды в нем

.

УСТРОЙСТВО СУШИЛОК

Классификация сушилок. Основой классификации сушилок является их разделение по конструктивным признакам на барабанные, коридорные (туннельные), ленточные, шахтные, распылительные, камерные и др. Почти каждая из них может быть изготовлена в различных вариантах, определяемых: технологической схемой (противоточные, поточные и с перекрестными токами); устройством циркуляции сушильного агента (естественной или искусственной); организацией сушильного процесса (нормальный, с подогревом внутри камеры сушки, с промежуточным подогревом, с возвратом отработавшего воздуха и др.); давлением в сушильной камере (атмосферные, вакуумные, глубоковакуумные); родом сушильного агента (воздух, топочные газы, перегретый пар); агрегатным состоянием высушиваемого продукта (твердое, жидкое, пастообразное, пенообразное); способом подвода теплоты (кондуктивные, радиационные, конвективные, высокочастотные); режимом работы (периодического действия или непрерывные),

Барабанные сушилки. Они обеспечивают сушку во вращающихся барабанах (рис 36.1).

Рис. 36.1. Схема барабанной сушилки:

а — схема сушилки; б — схема насадки барабана; в - схема установки барабана на катки-опоры; 1 - печь; 2 — барабан; 3 - каток-опора с приводом

Барабан - это цилиндрический сосуд диаметром 1,2...2,8 м (при отношении длины к диаметру 3,5...7), вращающийся на катках с частотой 1...8 об/мин и получающий вращение от приводной станции. К одному из открытых торцов барабана пристыкована печь, снабжающая его горячими топочными газами и подогретым воздухом; тут же находится устройство загрузки барабана сырьем — высушиваемым продуктом (жом, мезга, сахар-песок, пшеница, уголь и др.). Высушенный материал отводится через второй торец выгрузным шнеком или отсасывается с помощью циклона, отделяющего легкий высушенный продукт от сушильного агента. При вращении барабана продукт перемешивается в нем и передвигается к выходу специальной подъемно-лопастной насадкой. Температура топочных газов зависит от влажности высушиваемого материала. Нагрузка барабана оценивается коэффициентом напряжения барабана по влаге [кг/(ч • м3

Барабанная сушильная установка (рис. 36.2) состоит из двух секций: сушильной 5 и охладительной 16. Барабан наклонен под углом 2° 18 к горизонту в сторону перемещения высушиваемого продукта и опирается бандажами 6 на две пары роликов 3. Привод корпуса осуществляется от привода 4 через венечную шестерню 18. Корпус аппарата вращается с частотой 1...8 об/мин.

Через ротационный питатель 20 продукт поступает в неподвижную головку 19 и затем — в корпус аппарата, в котором расположена распределительная насадка 15. Высушенный и охлажденный продукт удаляется из аппарата через ротационный затвор 8. В сушильной части барабана воздух, подогретый в калорифере 2, движется прямоточно продукту, а охлажденный воздух — противоточно. Холодный воздух поступает из помещения по патрубку 14, и в него по трубе 12 добавляется часть наружного воздуха. Количество воздуха, поступающего в сушилку, регулируется шиберами 13.

Отработавшие холодный и подогретый воздух удаляются вентилятором через патрубок 17 в циклон и затем - в атмосферу, трубок присоединен к неподвижному кожуху, который охватывает корпус аппарата. На корпусе предусмотрены отверстия для выхода из сушилки отработавшего воздуха. Чтобы продукт не попадал в отверстия, над ними установлены жалюзи, лопасти которых перекрываются и ориентированы наружным концом по направлению вращения барабана. Таким образом, продукт в местах отбора воздуха из барабана беспрепятственно перемещается вдоль оси.

Туннельные (коридорные) сушилки. Они представляют собой длинные камеры (рис. 36.3, 36.4), внутри которых периодически передвигаются тележки (вагонетки) с сетчатыми поддонами. На поддонах высушивается продукт (овощи, сухари, фрукты, мармелад, пастила, макароны, керамические материалы, древесина и т. п.).

Тележки с сетчатыми поддонами периодически закатывают в туннель (коридор), в котором организованы подогрев и движение воздуха в направлении, поперечном движению тележек. Возможна организация как поточного, так и противоточного периодического движения тележек.

Для картофеля, нарезанного столбиками или кружками, нагрузка на единицу площади сита составляет К= 7...8,5 кг/(ч • м2). Длинные туннели (коридоры) туннельных сушилок могут «складываться» гармошкой, образуя несколько параллельных путей. Вагонетки с высушиваемым продуктом способны двигаться в этих коридорах, образуя встречные и попутные потоки.

 

смещены на половину ширины сектора. Расстояние между дисками по высоте карусели составляет 190 мм. Над каждым диском установлен неподвижный выравнивающий скребок 24 с треугольными зубцами. Скребками регулируется толщина высушиваемого слоя продукта на секторах дисков. Сбрасывающий скребок 25 направляет продукт из отдельных секторов на секторы нижнего диска. Положение скребков по отношению к поверхности секторных элементов регулируется поворотом их осей в установочной втулке. Гребенчатые выравнивающие скребки образуют желобки в слое продукта и тем самым увеличивают поверхность контакта с воздухом. Слой продукта на элементах диска достигает толщины 40 мм. На секторы верхнего диска он поступает через лоток 20. Отработавший подогретый воздух удаляется из сушилки по трубе 26. Холодный воздух подводится через патрубок 18 в нижнюю часть сушилки.

Подсушенный продукт из предварительной сушилки поступает на секторы верхнего диска, распределяется по поверхности секторов выравнивающим скребком и находится на секторах в течение полного оборота сушилки. Затем сбрасывающим скребком он направляется через щели между секторными элементами на нижележащие диски. Таким образом, в процессе нормальной работы сушилки на всех дисках находится слой продукта определенной толщины, а на верхний диск непрерывно поступает влажный продукт. Высушенный и охлажденный продукт с нижнего диска скребком направляется на ленточный транспортер, который подает его в силосы для хранения.

Распылительные сушилки. Их применяют для сушки жидких продуктов (молока, яиц, барды, желатина и др.). Сушилка (рис. 36.9) имеет вид башни больших размеров (диаметр 2...5 м, высота 3...5 м).

Скорость движения сушильного агента в башне 0,2...0,4 м/с. Высушиваемый материал распыляется в верхней части башни. Распыление должно быть достаточно мелким (диаметры капель 10...100 мкм), что обеспечивает значительную поверхность контакта продукта с сушильным агентом. В результате массовая скорость сушки оказывается большой.

Рис. 36.9. Схема распылительной сушилки:

1 — скребок с приводом; 2— распылительный диск; 3— камера сушки; 4— ленточный фильтр; 5—разгрузочный шнек

 

Высушенный материал падает на дно камеры и скребками сдвигается к отводящему шнеку; частицы материала, уносимые сушильным агентом, задерживаются матерчатыми фильтрами. Нагрузка сушилок находится в пределах 2,0...2,5 кг/(ч ■ м²). Конструкция распылительной сушилки ясна из рисунка 36.10.

 

Рис. 36.10. Конструкция распылительной сушилки:

1 — сушильная камера; 2 — рукавные фильтры; 3 - диск-распылитель; 4 — электродвигатель с мультипликатором; 5— механизм встряхивания рукавных фильтров; 6 — вентилятор; 7— разгрузочный шнек; 8 — скребки; 9 — привод скребков и шнека

Кондуктивные сушилки - Они передают теплоту высушиваемому материалу при его непосредственном контакте с поверхностью нагрева. На рисунке 36.11 показана схема двухвальцовой барабанной кондуктивной сушилки для жидких коллоидных растворов и суспензий, тягучих вязких жидкостей и пастообразных материалов, кормовых дрожжей. В два полых барабана сушилки через цапфы подается греющий пар или другой теплоноситель. Нагрузка при сушке вареного картофеля К= 75 кг/(ч • м²) при давлении пара 0,3...0,5 МПа. Во время сушки дрожжей при р = 0,3...0,4 МПа напряженность К= 35 кг/(ч • м²), а при р = 0,1...0,2 МПа К= 18 кг/(ч • м²).

Вакуумные кондуктивные сушилки. В таких сушилках выше производительность процесса и ниже температура сушки. Их применяют для сушки пекарских дрожжей, крахмала, фруктов и рафинада. Сушилка (рис. 36.12) состоит из сушильной камеры, конденсатора влаги и вакуум-насоса, удаляющего воздух, попавший в сушилку через неплотности.

Сушка в вакууме обычно идет в два этапа. На первом этапе удаляется свободная влага; при этом в порах таких материалов, как картофель, кипит вода.

 

Рис. 36.11. Схема двухвальцовой барабанной кондуктивной сушилки:

1 - корпус; 2- нож; 3- шнек; 4- валок

Конвейерные сушилки представляют собой конвейерные камеры, внутри которых расположены конвейеры и снабжены вентиляционным оборудованием. Сушка продукта в них осуществляется чистым, нагретым в паровых или огневых калориферах воздухом, температура которого зависит от вида высушиваемого продукта и влажности.

Имеются одноярусные и многоярусные конвейерные сушилки, в которых материал перемешивается, пересыпаясь с одной ленты на другую. К конвейерным сушилкам относятся Г4-КСК-90 (для сушки картофеля и овощей), СКО-90 (для сушки овощей и фруктов), СПК-4Г и ЛС-2А (для сушки короткорезаных и длинных макаронных изделий), ЧСП (для сушки скрученного чайного листа) и др.

Конвейерная ленточная сушилка Г4-КСК-90 (рис. 16.10) имеет сварной металлический корпус 3, внутри которого расположены пять ленточных транспортеров, один над другим.

Продукт, загружаемый транспортером 2 на верхнюю ленту, последовательно перемещается с одной ленты на другую сверху вниз и выходит с нижней ленты со стороны, противоположной месту загрузки продукта в сушилку. На транспортере установлен раскладчик 1 скребкового типа, который приводится в движение от автономной приводной станции 12. Для подогрева воздуха между лентами транспортеров установлены подогреватели, каждый из которых снабжен собственным подводом пара и отводом конденсата. Воздух поступает под нижнюю ленту, а затем последовательно проходит через подогреватели и все вышерасположенные ленты. Влажный воздух удаляется через вытяжные камеры 4 с помощью осевых вентиляторов 6 через воздуховоды 9. Вытяжные камеры снабжены клапанами 7 для регулирования отвода сушильного агента.

Рис. 16.10. Конвейерная ленточная сушилка Г4-КСК-90

 

Для перемешивания продукта с целью равномерной сушки и предотвращения слипания в начале верхнего ленточного конвейера установлен ворошитель-разравниватель, приводимый в движение от автономного привода 5. Для привода ленточных конвейеров сушильной камеры служат две станции 10: одна приводит в движение первый, третий и пятый, другая – второй и четвертый конвейеры. Для удобства обслуживания сушилка комплектуется лестницей 8, а также предусмотрен щит управления 11.

Достоинствами сушилки являются удобство выгрузки сухого продукта, а также возможность изменять режим сушки в зависимости от условий работы.