Теоретические основы сушки лубоволокнистых материалов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Влияние основных параметров среды и слоя на процесс сушки

Формирование слоя тресты на транспортере сушилки. Удельная загрузка (плотность загрузки). Сушка отжатой мокрой льнотресты после тепловой мочки или пропарки производится в серийных сушилках СКП-9-7ЛМ в горизонтальном слое внахлестку. Слой внахлестку имеет более равномерную толщину по ширине транспортера сушилки, чем слой шириной в длину стебля или слой, сформированный уступом. При фильтрации горячего воздуха через слой одинаковой толщины его распределение по ширине транспортера будет более равномерным и сушка такого слоя будет протекать более интенсивно и, кроме того, будет обеспечено более равномерное просушивание слоя.

Формирование слоя шириной в длину стебля или уступом имеет свои преимущества перед слоем внахлестку. Уступая несколько в эффективности сушки слою внахлестку эти способы укладки материала позволяют лучше механизировать процесс слоеформирования перед обработкой сырья на мяльно-трепальном агрегате. Сушилка СКП-9-7ЛМ имеет рабочую ширину транспортера 1250 мм. и слой может быть уложен только или внахлестку или уступом.

Слой тресты на транспортере сушилки должен формироваться без пропусков и разрывов, т.е. равномерным по толщине (высоте) и в осевом направлении (в направлении движения транспортера), иначе основная масса горячего воздуха будет устремляться в свободные промежутки и на участки с меньшей плотностью (толщиной) слоя.

Это приведет к значительному снижению эффективности использования сушильного агента и в конечном итоге к значительному снижению скорости сушки, производительности сушильной установки и возникновению большой неравномерности влажности высушенного сырья на отдельных участках транспортера.

Аналогичная картина наблюдается и при сушке других лубоволокнистых материалов, уложенных на транспортер с неравномерной плотностью загрузки.

При равномерном распределении материала общая продолжительность сушки значительно меньше, чем при сушке такого же количества материала, но при неравномерной укладке.

Неравномерность сушки в начале процесса возрастает до какого-то максимума, а затем уменьшается.

Чем меньше среднеинтегральная конечная влажность слоя материала, тем меньше неравномерность.

При сушке мокрой льнотресты, как и других мокрых лубоволокнистых материалов, получающих отжим перед загрузкой в сушилку, очень большое значение имеет тщательность рыхления материала.

Перед загрузкой в сушилку материал должен быть разрыхлен до отдельных стеблей.

Только при таком рыхлении может быть обеспечена качественная сушка материала и необходимая производительность сушильных установок. Сушка плохо разрыхленного материала протекает чрезвычайна медленно и неравномерно, ее продолжительность увеличивается в 2--3 paза. Замедление процесса сушки плохо разрыхленного материала объясняется тем, что такой материал имеет значительно меньшую удельную поверхность испарения по сравнению с хорошо разрыхленным материалом и значительную толщину, вследствие чего внешняя влагоотдача лимитируется влагопереносом, т. е. скоростью подвода влаги из внутренних слоев материала к поверхности испарения.

Как показал опыт работы передовых льнозаводов, вполне возможно получить влажность тресты после отжима около 160% и даже ниже. Интенсивная промывка тресты в теплой воде (с температурой 35--40°С и выше) способствует лучшему удалению слизистых клеящих веществ, загрязняющих материал. Такая треста после отжима значительно лучше рыхлится, и, следовательно, сушка ее проходит более интенсивно и равномерно.

Температура и влажность сушильного агента. С увеличением температуры сушильного агента и с уменьшением его относительной влажности скорость процесса сушки увеличивается. Влияние температуры и относительной влажности сушильного агента на продолжительность или скорость процесса может быть выражено через один обобщенный параметр воздуха (газа) -- потенциал сушки, который характеризует испарительную способность сушильного агента. Потенциал сушки, г/кг сух. в.

d1 = dн' - d1,

где dн' -- влагосодержание воздуха или газа при адиабатическом насыщении его от состояния на входе в слой, г/кг сух. в.; d1 -- влагосодержание воздуха или газа на входе в слой, г/кг сух. в.

2. Режимы сушки. Продолжительность сушки

Продолжительность сушки мокрой льняной тресты и других лубоволокнистых материалов обратно пропорциональна потенциалу сушки.

Рис. 1. Зависимость продолжительности сушки мокрой льнотресты от температуры воздуха на входе в слой материала

Рис. 2. Зависимость интенсивности сушки мокрой льнотресты и потенциала сушки от температуры воздуха на входе в слой материала

На рис. 1 показана зависимость продолжительности сушки мокрой льняной тресты от температуры воздуха на входе в слой материала: =f(t1), мин.

На рис. 2 приведены зависимости интенсивности сушки мокрой льнотресты и потенциала сушки от температуры воздуха: m=f(t1) и d= f(t1). Как видно из рис. 1, с увеличением температуры воздуха t1 продолжительность сушки уменьшается, а интенсивность ее, характеризуемая удельным съемом влаги с 1м2 поверхности испарения слоя материала, с увеличением температуры воздуха возрастает прямо пропорционально возрастанию потенциала сушки: m = f(1/d1).

Следовательно, продолжительность сушки обратно пропорциональна потенциалу сушки воздуха или газа.

Как показали экспериментальные исследования и технико-экономические расчеты, с увеличением температуры сушильного агента снижаются теплоэнергетические затраты на сушку лубоволокнистых материалов и создается возможность уменьшения размеров сушильных установок, т. е. снижаются капитальные затраты.

Качество высушенного сырья в значительной степени зависит от температуры среды и длительности ее воздействия на материал. При сушке мокрых лубоволокнистых материалов в слое определенной высоты в начальный момент сушки температура материала по всей высоте слоя будет практически одинаковой и равной температуре сушильного агента по мокрому термометру, т. е. будет при атмосферном давлении в ненасыщенной среде всегда меньше 100°С.

В процессе сушки температура отдельных элементов слоя по высоте будет различной. При фильтрации сушильного агента снизу вверх температура нижнего элемента слоя будет выше, чем верхних и наоборот. Кроме того, горсти стеблей или волокна, лучше разрыхленные и уложенные на транспортер с меньшей плотностью, будут сохнуть быстрее и, следовательно, быстрее нагреваться. Поэтому необходимо применять сушильный агент высокой температуры с учетом изменения температуры материала в процессе сушки.

Cкорость движения сушильного агента. С увеличением скорости движения сушильного агента продолжительность сушки мокрой льнотресты уменьшается. Скорость процесса и интенсивность возрастают прямо пропорционально увеличению скорости воздуха на входе в слой материала.

Рис. 3. Зависимость продолжительности процесса от скорости воздуха: = f(i) и зависимость интенсивности сушки тресты от скорости воздуха: m = f(i)

На рис. 3 приведена зависимость продолжительности процесса от скорости воздуха: = f(i) и зависимость интенсивности сушки тресты от скорости воздуха: m = f(i). Как видно из рис. 3, с увеличением скорости воздуха на входе в материал с продолжительность сушки уменьшается по закону = c / 1, мин (где с -- постоянная величина, .зависящая от остальных факторов режима и от параметров слоя материала), а интенсивность процесса возрастает прямо пропорционально скорости воздуха.

При сушке других мокрых лубоволокнистых материалов наблюдается аналогичная зависимость продолжительности процесса скорости воздуха перед слоем, мин,

В современных сушильных установках для сушки мокрой льняной тресты и волокна кенафа проектная скорость воздуха на входе в слой около 3 м/c.

Конечная влажность материала. При сушке мокрых лубоволокнистых материалов, особенно льняной тресты, возможность возникновения значительной неравномерности влажности высушенного сырья значительно большая, чем при сушке материалов со сравнительно невысокой начальной влажностью. Как уже говорилось выше, причинами этого могут быть неравномерный отжим сырья, неравномерное его распределение по площади транспортера, неравномерное и недостаточное рыхление, плохая промывка перед отжимом и т. д. Неравномерное распределение потока сушильного агента по ширине транспортера с материалом тоже может быть причиной неравномерного просушивания сырья. Учитывая, что с уменьшением величины среднеинтегральной конечной влажности слоя неравномерность сушки уменьшается, мокрые лубоволокнистые материалы следует несколько пересушивать. Мокрую льнотресту надо сушить до 7…9% с последующим искусственным увлажнением материала в увлажнительных зонах до технологической влажности.

Относительная скорость сушки лубоволокнистых материалов.

Под относительной скоростью сушки какого-либо материала понимается обычно отношение скорости сушки в данный момент процесса при данном среднем влагосодержании материала к максимальной скорости сушки, т.е. к скорости сушки в первый период (период постоянной скорости процесса).

Исследования по сушке различных лубоволокнистых материалов, проведенные в сушильной лаборатории Костромского технологического института, показали, что относительная скорость сушки не зависит от температуры, относительной влажности и скорости воздуха (газа) и таких параметров материала и слоя, как удельная загрузка (плотность загрузки) по сухой массе и размеры стеблей или отдельных волокон, а зависит от величины избыточного влагосодержания материала U--Uр, качества рыхления и для стеблевых материалов -- от расположения их в слое при сушке (вертикальная или горизонтальная укладка стеблей в слое.

Формула для определения средней относительной скорости сушки слоя материала за период сушки от U1 до U2:

При сушке лубоволокнистых материалов в слое определенной высоты, как уже говорилось выше, значительной стадии прогрева материала и периода постоянной скорости сушки не наблюдается. Поэтому при сушке среднеинтегральная температура слоя материала будет возрастать с самого начала процесса.

В начале процесса при сушке мокрых материалов с начальной влажностью выше гигроскопического предела средняя температура слоя будет равна температуре среды по мокрому термометру. В дальнейшем по мере удаления влаги будет наблюдаться непрерывное возрастание средней температуры слоя материала, которое прекратится при достижении слоем равновесной влажности при данных параметрах среды.

Среднюю температуру слоя материала в любой момент сушки можно определить по формуле, °С:

,

где tпо-- температура адиабатического насыщения воздуха или газа, с некоторым допущением равная температуре мокрого термометра психрометра, °С; tс -- температура среды по сухому термометру; y -- относительная скорость сушки. В начале сушки мокрого материала -у = 1 и м = tп.о, а затем по мере убывания -у температура материала возрастает.

Критериальное уравнение влагообмена при конвективной сушке лубоволокнистых материалов.

Решение дифференциальных уравнений тепло- и влагообмена для неоднородных лубоволокнистых материалов, проходящих сушку в слое, -- очень сложная задача и практически едва ли осуществимая. Теория подобия позволяет свести задачи экспериментальных исследований к установлению зависимостей между ограниченным комплексом величин, называемых критериями подобия, которые определяют тот или иной теплофизический процесс.

При сушке лубоволокнистых материалов в слое могут быть различными как параметры слоя материала: удельная загрузка (плотность загрузки) материала по сухой массе на единице полезной площади сушилки, длина и толщина стеблей или волокна, высота слоя. Качество рыхления, закостренность и содержание волокнистых веществ в стебле, расположение материала в слое (вертикальная или горизонтальная загрузка стеблей на транспортере), средняя начальная и конечная влажность материала, так и параметры сушильного агента (его температура, относительная влажность и скорость движения при фильтрации через слой).

Критериальное уравнение влагообмена учитывает свойства сушильного агента, параметры слоя и материала при сушке. Для лубоволокнистых материалов при конвективной сушке в газовоздушной среде на основании большого количества опытных данных проф. Н. Д. Хомуцким было разработано следующее общее критериальное уравнение влагообмена:

сушильный конвективный лубоволокнистый транспортер

где С -- коэффициент пропорциональности; п и т -- показатели степени; Nu' - диффузионный критерний Нуссельта; Re - критерий Рейнольдса; Рг' - Диффузионный критерий Прандтля; dэ - эквивалентный диаметр слоя материала, м; Н сл. - высота слоя, м; уср - средняя относительная скорость сушки за период убыли влагосодержания слоя материала от U1 до U2.

Размещено на Allbest.ru