Сушка материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сушка

Рис. 1. Схема барабанной сушилки: 1 -- загрузочная камера, 2 -- наклонный лоток, 3 -- бандаж, 4 -- барабан, 5 -- зубчатый венец, 6 -- кольцевые накладки, 7 -- разгрузочная камера, 8 -- упорные ролики, 9 -- привод, 10 -- опорные ролики, 11 -- секторная перевалочная насадка, 12 -- лопастная насадка. Потоки: I -- теплоноситель, II -- исходный продукт, III -- смесь теплоносителя и паров воды, IV -- готовый продукт

Обобщающая классификация сушильных установок затруднена ввиду значительного разнообразия их конструкций. Использующиеся в технологических процессах сушилки различаются по ряду признаков: по способу подвода тепла (контактные, конвективные), по виду используемого теплоносителя (воздушные, газовые), по величине давления в сушильной камере (атмосферные, вакуумные), по взаимному направлению движения высушиваемого материала и сушильного агента (прямо-, противоточные), по способу организации процесса (периодические, непрерывные).

По сути сушка является сложным массообменным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги (связанной с веществом гравитационными или физико-химическими силами) из высушиваемого материала в окружающую среду. При любом методе сушки высушиваемый материал находится в контакте с влажным газом (воздухом). При конвективной сушке влажному газу, который является сушильным агентом, принадлежит ключевая роль в процессе. В связи с этим при моделировании сушильных процессов и в их расчетах критериями оптимальности могут быть основные параметры влажного газа (влажного воздуха), влажность материала, расходы воздуха и тепла на сушку.

К основным параметрам влажного воздуха относится влагосодержание паровоздушной смеси х (кг водяного пара/кг сухого воздуха), которое может быть выражено в виде:

где р = Р_п / Р_нас -- относительная влажность воздуха, П -- общее давление паровоздушной смеси, Па, Р_п -- парциальное давление водяного пара в воздухе (при температуре сухого термометра), Па, Р_нас -- давление насыщенного водяного пара (при температуре сухого термометра), Па.

Энтальпия влажного воздуха при известных величинах удельной теплоты парообразования воды будет:

I=(1.01+1.97) +2493, кДж/кг сухого воздуха,

где х -- влагосодержание паровоздушной смеси (воздуха), кг пара/кг сухого воздуха, t -- температура воздуха по сухому термометру, °С.

Плотность влажного воздуха определяется по зависимости:

=

Связь основных параметров влажного воздуха (влагосодержание, температура, относительная влажность, энтальпия) представлена в диаграммах Рамзина (диаграммах I -- x), посредством которых решаются многие задачи статики конвективных сушильных процессов (см. приложение XIII части I), [16, 18, 29, 39].

Удельный объем влажного воздуха в пересчете на 1 кг сухого воздуха:

V_уд=, м³/кг

где T -- температура воздуха, К.

Влажность материала, высушиваемого в сушильном аппарате, может быть выражена от общей массы влажного вещества -- и (% масс.), либо от массы сухого вещества -- и' (% масс.). Между указанными способами выражения влажности существует взаимосвязь:

u'=, %(

Количество влаги, удаляемой из материала в процессе сушки, выражается следующими равенствами:

, кг/с

где и_н и и_к -- начальная и конечная влажность высушиваемого в сушилке материала, %, G_н и G_к -- начальная и конечная масса высушиваемого материала, кг, G_cyx -- производительность сушилки по абсолютно сухому материалу, кг, и'_н и и'_к -- начальная и конечная влажность высушиваемого материала по массе сухого вещества, %.

Из уравнений материального баланса расход сухого воздуха в сушилке составляет:

L=W·1, кг/с

Удельный расход сухого воздуха l определяется как:

, кг/кг испаряемой влаги

где x₀ и x₂ -- начальное и конечное влагосодержание воздуха.

Пренебрегая потерями теплоты на нагрев материала, транспортных устройств и в окружающую среду, получаем уравнение теплового баланса для теоретической сушилки (для нормального сушильного варианта):

Q_m=L·(I₂-I₀), Дж

где 1₂ -- энтальпия воздуха на выходе из сушилки, I_q -- энтальпия воздуха окружающей среды.

Удельные расходы теплоты с учетом суммарного расхода потерь теплоты составляют (при одинаковом конечном состоянии воздуха):

— в действительной сушилке

, Дж/кг испаряемой влаги;

— в теоретической сушилке

, Дж/кг испаряемой влаги.

Разность удельных расходов теплоты в действительной и в теоретической сушилке без дополнительного подогрева в сушильной камере определяется согласно формуле:

,

где с -- удельная теплоемкость воды, Дж/(кг-К), _н -- температура поступающего в сушилку влажного материала, °С.

Удельные расходы теплопотерь нормального процесса сушки в формуле:

, Дж/кг испаряемой влаги

, Дж/кг испаряемой влаги

, Дж/кг испаряемой влаги

где c_K, с_тр -- удельные теплоемкости высушенного материала и транспортных устройств соответственно, Дж/(кг-К), _к -- температура высушенного материала, выходящего из сушилки, °С.

Скорость испарения воды с влажной поверхности материала (в первом периоде нормального процесса сушки) определяется по эмпирическому уравнению:

G=0.04075·w^0.8·(P_нас-Р_п), кг/)м²·ч)

где w -- скорость воздуха над высушиваемым материалом, м/с, Р_нас -- давление насыщенного пара в пограничном слое воздуха у поверхности влажного материала (при температуре мокрого термометра), мм рт.ст., Р_п -- парциальное давление пара в проходящем воздухе, мм рт.ст.

В вышеприведенной формуле при w > 0,5 м/с значение Р_п может быть определено аналитическим путем по психометрической формуле:

Р_п=,

где Р'_нас -- давление насыщенного водяного пара при температуре мокрого термометра, (t -t_м) -- разность температур сухого и мокрого термометров, П -- барометрическое давление.

сушка материал диэлектрический излучение

Тепловой КПД сушилки

Тепловой КПД сушилки равняется:

(1,53)

где г -- удельная теплота парообразования воды, определяемая по температуре материала при сушке (температуре мокрого термометра), Дж/кг, q -- удельный расход теплоты в сушилке, Дж/кг.

Определение продолжительности сушильного процесса при постоянных условиях без учета равновесного влагосодержания производится по приближенному уравнению:

,

где N -- скорость первого периода сушки, кг влаги/с, и'н, и'кр, и'к -- начальное, критическое и конечное влагосодержание материала (по сухому веществу).

Скорость сушки N в первом периоде может быть определена через коэффициент массоотдачи:

, кг/с

где Р -- коэффициент массоотдачи в газовой фазе, кг/(м²-с(кг/кг)), F -- площадь поверхности испарения, м², Дхср -- средняя движущая сила, кг пара/кг сухого воздуха, f -- удельная поверхность, м²/кг сухого вещества.

Средняя движущая сила процесса сушки может быть выражена как разность влагосодержаний воздуха в поверхностном слое (насыщенного) хнас и в ядре воздушного потока (ненасыщенного) х: