Общие положения сушки льняной тресты

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие положения сушки льняной тресты

Вопрос 1. Среду, которая окружает материал в процессе его сушки или увлажнения, нагревания или охлаждения, называют агентом обработки.

Применительно к процессу сушки агенты обработки называют сушильными агентами, а к процессу увлажнения - агентами увлажнения.

В зависимости от характера процесса обрабатывающие агенты могут выполнять следующие роли: воспринимать от материала или отдавать ему влагу, отдавать материалу или воспринимать от него теплоту или то и другое одновременно. влагопроводность лен атмосферный

Агентами обработки в процессах сушки и увлажнения служит влажный воздух, топочные газы в смеси с воздухом, перегретый и насыщенный водяной пар и т.д.

Передача тепла агенту обработки или сушильному агенту от внешнего источника тепла осуществляется теплоносителями, водяным паром, горячей или перегретой водой, топочными газами.

Обычно теплоноситель передает тепло агенту сушки с помощью теплообменного аппарата - калорифера. В отдельных случаях теплоноситель выполняет одновременно роль сушильного агента. Это имеет место в газовых сушильных установках.

На заводах первичной обработки льна в качестве сушильного агента применяют влажный воздух и топочные газы при атмосферном давлении.

В качестве теплоносителя для нагрева воздуха используют водяной пар с избыточным давлением до 0,6 МПа.

Существует три основных способа удаления влаги из материала: физико-химический, механический, тепловой.

Физико-химический способ основан на поглощении влаги гигроскопическими веществами, обладающими сорбционной способностью. Такими веществами являются известь, хлористый кальций и ряд других.

При механическом способе из материалов с высокой начальной влажностью прессованием, отжимом, центрифугированием удаляют значительную часть свободной влаги.

Тепловой способ сушки - это очень сложный теплофизический процесс, закономерности которого определяются одновременным протеканием целого ряда физических явлений, получивших общее название явлений переноса. Главнейшие из них:

1). Теплообмен между поверхностью материала и окружающей средой и перемещение тепла внутри материала;

2). Испарение влаги с поверхности материала в окружающую среду. Или влагоотдача;

3). Перемещение влаги внутри материала, или влагоперенос.

В свою очередь перемещение влаги внутри материала при тепловой сушке может происходить под действием различных причин: градиентов влажности, температуры, давления.

Градиент влажности. Если однородный по своему составу материал имеет неодинаковое по объему содержание влаги, то она перемещается в направлении понижающейся влажности.

Перемещение влаги внутри материала под действием градиента влажности называется влагопроводностью.

Градиент температуры. Если однородный по составу материал имеет неодинаковую по своему объему температуру, то влага перемещается в направлении понижающейся температуры, т.е. в направлении потока тепла.

Перемещение влаги внутри материала под действием градиента температуры называется термовлагопроводностью.

Градиент давления. Если внутри материала образуется избыточное давление паровоздушной смеси по сравнению с внешней средой, то влага перемещается в направлении понижающегося давления.

Характер протекания процесса сушки определяется механизмом перемещения влаги внутри материала, энергетикой испарения и механизмом перемещения влаги с поверхности материала в окружающую среду через так называемый пограничный слой, расположенный у поверхности материала.

Вопрос 2. Классификация способов тепловой сушки базируется на классификации видов теплообмена. Поэтому в промышленности применяют следующие способы тепловой мочки: конвективный, контактный, электрический, терморадиационный, сушка материалов в замороженном состоянии, комбинированные способы сушки.

Наибольшее распространение получил конвективный способ сушки, который в зависимости от вида сушильного агента и применяемого оборудования в свою очередь можно подразделить: на естественную и атмосферную сушку, газовоздушную искусственную сушку, сушку перегретым паром, сушку конденсацией, сушку в гидрофобных жидкостях.

Естественная или атмосферная сушка.

Широко применяют для сушки в летнее время года мокрой тресты на заводах с сезонными цехами мочки. При сушке льнотреста находится в конусах с сухой массой до 1кг. Конусы размещают на ровных сухих площадках, защищенных от сильных ветров и находящихся вдали от производственного корпуса и жилых домов. После подсушки наружных слоев конусы тресты выворачивают внутренней стороной наружу.

Основной недостаток естественной сушки - зависимость от погоды.

Газовоздушная искусственная сушка.

При этом способе конвективной сушки в качестве сушильного агента применяют или нагретый в специальных теплообменных устройствах - калориферах воздух (воздушные, паровые или калориферные сушилки), или топочные газы (газовые сушилки). В качестве теплоносителя в воздушных сушилках обычно используют водяной пар с давлением до 0,6 МПа, поэтому такие сушилки называют паровыми.

При этом способе тепловой сушки скорость процесса определяется главным образом условиями тепло- и влагообмена между поверхностью материала и средой. После удаления из материала основной части свободной влаги скорость процесса уже определяется не влагоотдачей, а влагопереносом - скоростью подвода влаги из внутренних слоев материала к поверхности под действием градиента влажности.

При газовоздушной сушке температура тонких материалов когда они содержат свободную влагу, всегда меньше 100 град. при любой температуре реды, поэтому влагопереноса под действием избыточного давления в таких материалах практически нет.

По конструктивному признаку газовоздушные сушилки подразделяют на камерные, туннельные, шахтные, барабанные, трубчатые, пневматические, аэрофонтанные, с кипящим слоем и распылительные.

Камерные сушилки. Основная их часть камера прямоугольной формы, внутри которой в вагонетках, на полках или стеллажах помещают влажный материал, остающийся неподвижным в течение всего процесса. В этих сушилках режим сушки изменяется во времени. Загрузка и выгрузка с одной стороны. Применяют для льна, пряжи, древесины, кожи…

В туннельных сушилках высушиваемый материал периодически толчкообразно или непрерывно перемещается в продольном направлении на вагонетках или транспортере внутри туннеля. Это сушилки непрерывного действия. Режим сушки дифференцируется по длине сушильного туннеля.

Остальные виды сушильных машин для льна не применяется. Например.

Шахтные - сыпучий материал перемещается по шахте под действием тяжести вниз (уголь, глина, зерно).

Барабанные - материал сушится внутри вращающихся барабанов. (уголь, песок, глина).

Трубчатые - барабан с ввальцванными в его днище трубками. (кристаллические материалы).

Пневматические - сушка измельченных материалов во взвешенном состоянии. (дробленный уголь, ботва, кристаллические вещества).

Аэрофонтанные сушилки и сушилки с кипящим слоем применяют для сушки хлопка, зерна, опилок, стружки и т.д.

Распылительные сушилки - для сушки жидких материалов 9молоко, яйца, жидкие растворы). Материал распыляют на мельчайшие частицы и в таком состоянии сушат. Высушенный материал представляет собой порошок.

Примерное устройство сушилки туннельного типа, применяемой в первичной переработке льна представлено на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Технологическая схема машины СКП-1-10ЛУ.

Сушильная машины СКП-1-10ЛУ предназначена для подсушки стланцевой льнотресты. Машина СКП-1 10ЛУ является модификацией машины СКП-1-10Л. Схема циркуляции и движения воздуха в 1-4 зонах сушилки аналогична схеме циркуляции в 5-6 зонах. Отработавший воздух выбрасывается наружу из 1-й зоны сушилки. Из зон сушки высушенная треста через зону охлаждения подается транспортером в зоны увлажнения, где треста увлажняется путем продувки ее влажным воздухом высокого насыщения при замкнутой циркуляции воздуха в каждой зоне увлажнения.

Машина СКГМ-10ЛУ - паровая, ленточная, многозонная, непрерывного действия, с противоточной схемой движения агента сушки, рециркуляцией и подогревом агента сушки по зонам. Машина имеет шесть зон сушки, зону перевалки, зону охлаждения и две зоны увлажнения.

В сушильном туннеле машины материал перемещается с помощью одноярусного цепного сетчатого конвейера. Несущий орган конвейера - стандартная втулочнороликовая цепь с шагом 100мм.

Рис. 2. Технологическая схема машины СКГМ-10ЛУ

Приводная станция конвейера смонтирована со стороны загрузки машины. Привод конвейера позволяет регулировать скорость сетки в пределах 0,645-5,2 м/мин.

В I-IV зонах сушки машины направление циркуляции агента сушки снизу вверх, под слой льнотресты, а в V-VI зонах - сверху вниз, на слой льнотресты. Для улучшения условий смены направления циркуляции агента сушки между IV и V зонами смонтирована зона перевалки.

Свежий воздух из атмосферы цеха поступает в зону охлаждения тресты за счет разрежения, создаваемого вентилятором зоны (осевой, четырехлопастный типа ЦАГИ серии МЦ). Для привода вентилятора зоны охлаждения применен электродвигатель АО31-4 (N-0,6 кВт, и = 153 рад/с). Использованный в зоне охлаждения воздух забирается циркуляционным вентилятором VI зоны для передачи в зону сушки. Отработанный агент сушки удаляется из I сушильной зоны выбросным центробежным вентилятором типа ЭРВ №4.

В качестве циркуляционных вентиляторов зон сушки и увлажнения использован осевой восьмилопастный реверсивный вентилятор конструкции КПБ (по типу ЦАГИ с углом установки лопастей 15°).

Для привода циркуляционных вентиляторов установлены электродвигатели АО51-6 (N=2,8 кВт, о = 100,3 рад/с).

2. Конвективная сушка лубоволокнистых материалов

Вопрос 1. Все исследования процессов сушки и увлажнения можно подразделить на четыре раздела: статика, кинетика, динамика и технология.

При исследовании статики сушки и увлажнения изучают состояние влагоравновесия материала со средой, изотермы сорбции и десорбции материала.

Изучая кинетику сушки и увлажнения, исследуют скорость и характер процесса, определяют зависимости скорости процесса от параметров режима сушки (увлажнения) и от параметров материала и его расположения в слое при сушке (увлажнении).

Динамика сушки и увлажнения -- исследование механизма движения влаги в материале (влагопереноса) и физико-химической сущности процесса.

При исследованиях по технологии сушки и увлажнения определяют оптимальные режимы сушки и увлажнения, при которых достигается максимальная интенсивность процесса при минимальных эксплуатационных и капитальных затратах и обеспечивается высокое качество продукта.

Задачи теории сушки заключаются в изучении характера связи влаги с материалом, характера ее перемещения и удаления в различные периоды сушки, в изучении скорости процесса и факторов ее определяющих, в разработке оптимальных режимов сушки и увлажнения. Во всех работах по исследованию закономерностей сушки лубоволокнистых материалов рассматриваются главным образом вопросы кинетики и технологии сушки. Динамика сушки лубоволокнистых материалов изучена недостаточно ввиду сложности постановки эксперимента.

При сушке стеблевые лубоволокнистые материалы (треста и солома льна, треста среднерусской и южной конопли) можно укладывать на транспортере или тележках сушилки в слой определенной высоты при вертикальном или горизонтальном расположении стеблей.

При вертикальной ориентации (вертикальная загрузка) стебли укладывают комлями вниз. Направление движения сушильного агента -- вдоль стеблей снизу вверх или сверху вниз. На рис. 1 показана схема вертикальной загрузки стеблей на транспортер сушилки при движении сушильного агента снизу вверх.

При горизонтальном расположении стеблей в слое сушильный агент движется поперек стеблей сверху вниз или снизу вверх. При этом горизонтальный слой может формироваться на транспортере сушилки шириной в один стебель или внахлестку -- комли в разные стороны, вершинки вместе. Укладку слоем внахлестку применяют для сушки мокрой льняной тресты, так как рабочая ширина транспортера сушилки СКП-9-7ЛМ (1250мм) значительно превышает максимальную длину стеблей льна.

Отработавший сушильный агент

Сушильный агент

Рис. 1

Возможно формирование слоя мокрой льнотресты уступом. На рис. 2 показана схема расположения стеблевого материала в горизонтальном слое при движении сушильного агента снизу вверх.

Рис. 2. Расположение стеблей горизонтальным слоем (В -- ширина транспортера) 1-- слой шириной и длину стебля; 2 -- слой вершинками внахлестку; 3 -- слой уступом

Размеры лубоволокнистых материалов и их расположение в слое при сушке и увлажнении характеризуются рядом параметров.

1. Средним диаметром стеблей тресты и соломы dcp (мм), определяемым на 1/3 высоты стебля от комля.

2. Длиной стеблей Нст (м; см).

3. Высотой слоя Нсл (м; см). При вертикальной загрузке стеблей Нсл = Нст, при горизонтальной загрузке максимальная высота слоя -- у комлевой части стеблей.

4. Удельной загрузкой материала по абсолютно сухой массе на единицу полезной площади сушилки, или плотностью загрузки Рc (кг/м2).

5. Удельной загрузкой материала по абсолютно сухой массе на единицу объема, или объемной плотностью загрузки (кг/м3),

Рv = Pc /Hсл

6. Условной плотностью материала -- массой абсолютно сухого материала, отнесенной к его объему (кг/м3) при влажности выше предела гигроскопичности,

= Gc/Vп.г

где Gc -- масса абсолютно сухого материала, кг;

Vп г -- объем материала при влажности выше предела гигроскопичности, м3.

Условная плотность стеблевых материалов (лен, конопля, кенаф) зависит от целого ряда факторов: строения стебля, его диаметра, условий произрастания и др.;

7. Свободным объемом слоя материала -- отношением объема, не заполненного материалом, ко всему объему слоя:

где Vс -- общий объем, м3;

Vм -- объем, занимаемый одним материалом без учета свободных промежутков между отдельными частицами материала в слое, м3.

8. Суммарной геометрической поверхностью (поверхность испарения) стеблей, находящихся в единице объема слоя, (М2/М3),

Fv = dcрHстn,

9. Суммарной геометрической поверхностью (поверхностью испарения) стеблей, приходящихся на 1 м2 площади загрузки, (м2/м3),

F = dcрHстn

10. Среднее живое сечение слоя -- площадь сечения слоя, свободная для фильтрации сушильного агента и нормальная к потоку, приходящаяся на 1 м2 площади загрузки сушилки, м2/м2

Fжср = (Fcл - Fм)/Fсл

где fс л -- общая площадь, слоя, м2;

FM -- площадь, занятая непосредственно материалом, мг.

11. Эквивалентным диаметром слоя (м2/м)

dэ = 4 Fжср/S

где S -- суммарный периметр слоя.

При вертикальной загрузке S = ndcрn (м), при горизонталь-

ной загрузке S = 2(dср + НСт)nг (м), где nг -- количество стеблей в одном горизонтальном ряду, нормальном к потоку.

Вопрос 2. Общая схема процесса сушки

Процесс сушки различных материалов принято характеризовать тремя типовыми кривыми: сушки, скорости и температуры.

Кривая сушки показывает изменение средней по объему (среднеинтегральной) влажности материала во времени: =f(). Такую кривую строят на основании опытных сушек материалов при определенных режимах. На рис. 3 показаны две типичные кривые сушки различных материалов, содержащих свободную влагу. Кривая 1 характерна для тонких материалов. Кривая 2 типична для толстых материалов. При сушке толстых материалов в начале процесса наблюдается так называемая стадия прогрева, когда влажность материала убывает по криволинейному закону (участок кривой АВ), а затем по прямой, переходящей в кривую. При сушке тонких материалов с высокоразвитой удельной поверхностью испарения на кривых сушки прогрев практически незаметен, так как занимает мало времени. Кривая сушки сразу начинается с прямолинейного участка, переходящего затем в кривую.

Кривая скорости сушки характеризует зависимость скорости процесса от средней влажности материала, или изменение скорости процесса во времени. Такие кривые строят на основании обработки экспериментальных кривых сушки материала.

Кривая температуры материала показывает изменение температуры материала в процессе сушки в зависимости от средней влажности материала м = f(). Кривые температуры материала строят на основании опытных данных.

Рассмотрим общий случай сушки материала с начальной влажностью выше гигроскопического предела в воздушной среде с постоянной температурой, относительной влажностью и скоростью движения.

Рис. 3. Типовые кривые сушки: 1 - тонкий материал; 2- толстый материал.

Режим сушки достаточно «мягкий», т. е. температура и скорость движения воздуха малы, а относительная влажность сравнительно высока. Начальная температура материала до сушки ниже температуры адиабатического насыщения воздуха. На рис. 4 показана общая схема процесса сушки.

Кривая сушки АВКС, кривая скорости сушки OMNL и кривая температуры материала HFRE. В начале сушки в стадии прогрева убыль влаги в материале происходит медленно. На кривой сушки АВКС-- это начальный участок АВ, обращенный выпуклостью вверх. Для тонких материалов стадия прогрева очень мала и на кривых сушки совсем незаметна. На кривой температуры материала HFRE начальная стадия прогрева обозначена участком HF. В стадии прогрева температура материала возрастает от начального значения -н до температуры адиабатического насыщения воздуха (до температуры среды по мокрому термометру) H=tпо = tм.

Рис. 4 Общая схема процесса сушки.

Внутри материала при прогреве наблюдается температурный градиент, так как температура центральных слоев (пунктирная линия) будет несколько отставать от температуры поверхности (сплошная линия) и достигнет температуры среды по мокрому термометру несколько позднее.

Если начальная температура материала была бы выше температуры среды по мокрому термометру, то в начальной стадии процесса произошло бы охлаждение материала, а начальный участок кривой сушки АВ был бы обращен выпуклостью к оси абсцисс (времени).

Скорость сушки (кривая OMNL), характеризующая убыль влажности (влагосодержания) материала в единицу времени, в стадии прогрева возрастает от нуля до своего максимального значения при данном режиме (участок кривой ОМ). Парциальное давление насыщенных паров у поверхности материала будет в стадии прогрева соответствовать изменяющейся температуре поверхности. После начальной стадии прогрева материала начинается так называемый 1-й период сушки постоянной скорости процесса. Кривая сушки в этот период характеризуется прямолинейным участком ВК, убыль влажности материала происходит по линейному закону. Следовательно, убыль влажности (влагосодержания) материала в единицу времени, будет величиной постоянной (участок кривой скорости сушки MN). Температура материала в этот период постоянна и равна температуре среды по мокрому термометру (участок кривой FR).

Испарение влаги с поверхности материала в этот период сушки будет происходить так же, как с открытой поверхности воды. Скорость процесса сушки в этот период будет определяться только условиями тепло- и влагообмена материала с окружающей его средой, т.е. в конечном итоге будет зависеть от параметров режима сушки (температуры, относительной влажности и скорости воздуха).

В период постоянной скорости сушки из материала удаляется основная масса свободной влаги. Как только влажность на поверхности материала достигнет гигроскопического предела и будет продолжать убывать дальше (пов п.г), период постоянной скорости закончится и начнется второй период -- период падающей скорости сушки.

Точка К на кривой сушки, лежащая на границе раздела между первым и вторым периодами, называется первой критической точкой, а влажность материала, соответствующая этой точке,-- первой критической влажностью wk.

Первая критическая влажность материала всегда несколько выше гигроскопического предела, так как в центральных слоях материала еще содержится свободная влага (участок КС). Кривая сушки в этот период асимптотически приближается к равновесной влажности wp. Скорость сушки в этот период (участок кривой NL) постепенно уменьшается по криволинейному закону и при достижении материалом равновесной влажности становится равной нулю.

Температура материала в этот период начинает возрастать по криволинейному закону, причем в толще материала снова, как и во время прогрева, возникает температурный градиент, который к концу сушки, когда материал достигнет равновесной влажности, исчезнет, и температура материала по всей его толщине станет одинаковой и равной температуре среды по сухому термометру: м=tc.

В период падающей скорости сушки водяной пар у поверхности материала ненасыщенный: Рп<Рм, а к концу процесса, при достижении материалом равновесной влажности, парциальное давление пара у поверхности материала сравняется с парциальным давлением пара в окружающем воздухе: Рп = Рм, т. е. наступит термодинамическое равновесие между паром в окружающей среде и влагой, оставшейся в материале.

В этот период сушки для толстых трудносохнущих материалов скорость процесса определяется не скоростью испарения влаги с поверхности материала (влагоотдачей), а скоростью перемещения влаги из внутренних слоев материала к поверхности, т. е. влагопереносом, который при конвективной газовоздушной сушке при температуре сушильного агента менее 100°С определяется главным образом влагопроводностью, т.е. перемещением влаги под действием градиента влажности.

Размещено на Allbest.ru