Тепловой баланс контактной сушки.

При этом виде сушки теплота расходуется на нагрев материала до начальной температуры сушки и на собственную сушку.

Расход теплоты на нагревание материала:

(9-2)

здесь - количество высушиваемого материала, кг; - удельная теплоемкость высушенного материала, Дж/(кгК); с – удельная теплоемкость влаги, Дж/(кгК); - начальная температура сушки, °С; W – количество влаги, испаряющейся при сушке, кг; - потери теплоты в окружающую среду при нагревании материала, Дж.

Расход теплоты на собственную сушку:

(9-3)

где - конечная температура сушки, °С; h – удельная энтальпия водяных паров, образующихся при сушке, Дж/кг; - потери тепла в окружающую среду, Дж; - количество влажного материала, поступающего на сушку, кг.

Тепы контактных сушилок

По способу организации процесса они подразделяются на периодические – и непрерывнодействующие.

Вакуум – сушильные шкафы (рис. 9-3) – простейшие сушилки периодического действия. Это цилиндрическая камера 1, в которой размещены полые плиты 2, обогреваемые паром или горячей водой. Высушиваемый материал находится на противнях, установленных на плитах. Во время работы камера закрыта и соединена с вакуумом - конденсационной системой и вакуум - насосом. Сушилки этого типа малопроизводительные и малоэффективные, так как сушка происходит в неподвижном слое при наличии зазоров между противнями и греющими плитами; загрузка и выгрузка не механизированы. Однако, они универсальны, потому что сушка возможна различных материалов при оптимальных условиях.

Гребковые вакуум – сушилки (рис. 9-4) – материал во время сушки перешивается, т.е. увеличивается площадь поверхности контакта; загрузка и выгрузка механизированы.

 

 

Рис.9-4.Гребковая сушилка:

1 – вал с гребками; 2 – барабан; 3 – рубашка; 4 – трубы («скалки»)

Вальцовые сушилки (рис. 9-5) – предназначены для непрерывной сушки пастообразных материалов, однако они сложны устройствами герметических питателей и выгрузных приспособлений.

 

Рис.9-5.Вакуумная двухвальцовая сушилка:

1 – кожух; 2 – барабаны-вальцы; 3 – ножи; 4, 5 – осушители; 6 – сифонная трубка

Вакуум-сушка имеет ряд технологических преимуществ перед сушкой при атмосферном давлении:

1) независимость процесса от атмосферных условий;

2) герметичность системы позволяет создать стерильность среды;

3) сушка идет при низких температурах, что важно при обработке веществ, не выдерживающих высокотемпературного нагрева;

4) быстрота сушки;

5) меньший расход теплоты, по сравнению с сушкой при атмосферном давлении;

6) меньшие габаритные установки (нет необходимости циркулировать большим объемом газа;

7) возможность более полного упаривания ценных или вредных паров;

8) устранение пожарной безопасности и др.

Недостаток сушилок – более высокая стоимость сушильного агента.

Конвективная сушка

Конвективная сушка – это сушка влажного материала в потоке горячего воздуха или топочного газа, который выполняет 2 функции: является теплоносителем и влагоносителем.

Схема конвективной сушильной установки представлена на рис. 9-6. Атмосферный воздух засасывается вентилятором 1, проходит калорифер 2, где подогревается, и подается в сушилку 3. На схеме изображена ленточная сушилка непрерывного действия. Зернистый материал подается на ленту, движется вместе с ней и пересыпается с ленты на ленту. Нагретый воздух проходит над материалом, испаренная влага с потоком воздуха выводится из сушильной камеры. В циклоне 4 воздух перед выбросом в атмосферу освобождается от пыли продукта.

 

Рис.9-6.Схема конвективной сушильной установки:

1 – нагнетательный вентилятор;

2 – калорифер; 3 – сушилка;

4 – циклон; 5 – вытяжной вентилятор

 

9.3.1 Основные свойства влажного воздуха.

Свойства воздуха как влаго- и теплоносителя определяются следующими характеристиками: температурой t, энтальпией Н, т.е. количеством теплоты, отнесенным к 1 кг воздуха; влагосодержанием х, т.е. количеством влаги в кг, приходящимся на 1 кг абсолютно сухого воздуха; относительной влажностью φ, т.е. отношением фактической массы водяных паров в воздухе к максимально возможной при тех же температуре и давлении (при насыщении). Содержание паров в газе характеризуется парциальным давлением, тогда относительная влажность , где - парциальное давление водяного пара в воздухе (при температуре сухого термометра), - давление насыщенного водяного пара при той же температуре.

Уравнение влагосодержания

Свойства влажного воздуха достаточно описываются уравнениями Дальтона-Клайперона. Рассмотрим смесь, состоящую из 1 кг абсолютно сухого воздуха и х кг пара, находящегося в объеме V. Запишем уравнение Клайперона для пара и сухого воздуха (газа):

;

(9-4)

где и - парциальные давление пара и сухого воздуха, и - массы пара и воздуха; и - мольные массы пара и воздуха, R – универсальная газовая постоянная; Т – температура, К.

Разделим почленно первое уравнение на второе: / = /( ). Так как =х, =1, то х= /( ). Если общее давление влажного воздуха П, то по закону Дальтона =П- . С другой стороны =φР_нас. Окончательно получим уравнение влагосодержания:

(9-5)

Если пар водяной, то / =18/20=0,622, тогда (9-5) имеет вид:

(9-6)

Из (9-6) следует, что при данном давлении П влагосодержание х является функцией относительной влажности φ и температуры t, так как - однозначная функция температуры: =f(t).

Уравнение энтальпии

Энтальпию влажного воздуха Н относят к 1 кг абсолютно сухого воздуха и определяют как сумму энтальпий 1 кг абсолютно сухого воздуха Н_с.в. и х кг пара xh_п;

(9-7)

Очевидно, , где - удельная теплоемкость абсолютно сухого воздуха; t – температура. Энтальпию водяного пара можно рассчитать по управнению , где -удельная теплоемкость водяного пара.

Тогда

(9-8)

здесь =1кДж/(кгК); =2кДж/(кгК); =2500кДж/кг.

Подставив эти значения в уравнение (9-8), получим уравнение энтальпии Н (в кДж/кг сухого воздуха):

(9-9)

Следовательно, энтальпия является функцией влагосодержания х и температуры t.

Характеристики влажного воздуха можно с точностью, достаточной для технических расчетов, определить по Н-х – диаграмме, предложенной Л.К. Рамзиным (рис. 9-7).

 

Рис.9-7.Диаграмма I-х влажного воздуха

9.3.4. Материальный баланс воздушной конвективной сушилки.

Обозначим Gн, кг/с - масса влажного материала, поступающего в сушилку в единицу времен; Uн – его влажность, массовых долей или %; Gк, кг/с – масса высушенного материала; Uк – его влажность, массовых долей; W, кг/с – количество испаренной влаги.

Материальный баланс по потокам:

(9-10)

Баланс по абсолютно сухому веществу:

(9-11)

Тогда, количество высушенного материала:

(9-12)

и испаренной влаги

(9-13)

Влажность материала может быть выражена в долях от массы сухого вещества U`=W/Gсух. Тогда баланс GсухUн`= GсухUк`+W и количество испаренной при сушке влаги:

(9-14)

При расчете сушилки необходимо знать расход воздуха на сушку, который определяется из баланса по влаге.

При расходе L кг/с абсолютно сухого воздуха с влагосодержанием на входе в сушилку х₀ кг/кг сухого воздуха, в на выходе из сушилки х₂ кг/кг сухого воздуха, тогда с воздухом поступает L х₀ кг/с влаги, с отработанным воздухом уходит L х₂ кг/с влаги, а из материала испарителя W кг/с влаги.

Имеем баланс сушилки по влаге:

(9-15)

Следовательно, расход воздуха:

(9-15а)

Удельный расход воздуха (на 1 кг испаренной влаги):

(9-15б)

Таким образом, удельный расход воздуха зависит только от разности влагосодержаний отработанного и свежего воздуха.