Тепловой баланс конвективных сушилок

При сушке тепло расходуется на нагревание материала до температуры сушки и на собственно сушку.

Обозначим (рисунок 8.7):

L – расход абсолютно сухого воздуха, кг/с;

I – теплосодержание (энтальпия) влажного воздуха, Дж/кг;

G_н, G_к – расходы влажного и высушенного материала, кг/с;

с_н, с_к – теплоемкость влажного и высушенного материала, Дж/(кг*К);

Ө_н, Ө_к (этта) – начальная и конечная температуры влажного и высушенного материала, ⁰С;

с_т – теплоемкость транспортных устройств, Дж/(кг*К);

t_т.н, t_т.к – температуры транспортных устройств, ⁰С;

с_в – теплоемкость воды, Дж/(кг*К);

Q_к – количество тепла в основном калорифере, Дж/с;

Q_д – количество тепла в дополнительном калорифере, Дж/с;

Q_п – потери тепла в окружающую среду, Дж/с.

В таблице 8.1 показаны приход и расход тепла.

Таблица 8.1 – К тепловому балансу сушки

Приход тепла	Расход тепла
1 Со свежим воздухом – L I0	1 С отработанным воздухом – L I 2
2 С влажным материалом –	2 С высушенным материалом –
3 С транспортными устройствами –	3 С транспортными устройствами –
4 Подвод тепла в основном калорифере – Qк	4 Потери тепла в окружающую среду – Qп
5 Подвод тепла в дополнительном калорифере – Qд

 

Тепловой баланс процесса сушки:

Из уравнения (8.11) можно определить количество теплоты, необходимое для высушивания материала:

  (8.12)

 

Пояснения к формуле (8.12):

 – тепло, вводимое в установку;

 – тепло, идущее на нагрев воздуха в сушильной установке;

 – тепло, затрачиваемое на нагрев материала;

 – тепло, идущее на нагрев транспортных устройств;

 – тепло, вносимое в сушилку с влагой, находящейся в высушиваемом материале;

Q_п – потери в окружающую среду.

Каждый член уравнения (8.12) поделим на величину W и найдем удельное количество тепла, то есть количество тепла, отнесенное к 1 кг испаренной влаги:

.       (8.13)

Отсюда найдем удельный расход тепла на нагрев в калорифере:

.         (8.14)

Также можно записать тепловой баланс основного калорифера:

                                 .                              (8.15)

Отсюда количество тепла в калорифере

                                    ,                           (8.16)

а, следовательно, удельный расход тепла в калорифере определится:

.                                  (8.17)

Подставляя выражение (8.17) в уравнение (8.13), получим:

.        (8.18)

Обозначив правую часть уравнения (8.18) через Δ, запишем:

,                                    (8.19)

а если учесть уравнение (8.10), то

.                                 (8.20)

Уравнение (8.20) представляет собой внутренний баланс сушилки. Величина Δ показывает разность между удельным подводом тепла в сушильную камеру (с дополнительным калорифером и с влагой) и удельным расходом тепла (с материалом, транспортными устройствами, потерями).

Очевидно, что уравнение (8.20) – линейное и величина Δ в нем представляет наклон линии сушки.

В зависимости от значения Δ линия реального сушильного процесса может занимать три возможных положения.

Рассмотрим изменение параметров сушильного агента по диаграмме «I-x» в процессе нагревания и сушки (рисунок 8.8).

Линия АВ на диаграмме показывает изменение параметров воздуха при его нагреве в калорифере, линии ВС, ВС₁ и ВС₂ – в сушильной камере при

Δ = 0, Δ > 0, Δ < 0 соответственно.

Сушка при Δ = 0 (т.е. при постоянном значении энтальпии воздуха на входе и выходе из сушилки) возможна в двух случаях:

1) при так называемой теоретической сушке, когда процесс является адиабатическим, т.е. ;

2) при протекании реального процесса, когда удельные расходы теплоты на нагрев высушиваемого материала, транспортных устройств и удельные потери теплоты компенсируются подводом дополнительной теплоты и произведением . То есть Теоретическая сушка – это сушка при температуре 0^оС без дополнительного подвода или отвода тепла (либо сушка при температуре 0^оС, при которой все тепло, подводимое к сушилке, идет на испарение влаги, т.е. энтальпия воздуха не меняется: I=const). С испаренной влагой в воздух поступает столько тепла, сколько затрачено на ее испарение. Изображенный на рисунке 8.9 вариант сушки называется основным.

Схемы процессов сушки

8.1.7.1 Сушка с многократным промежуточным подогревом воздуха изображена на рисунке 8.10. На рисунке 8.11 показано построение процесса сушки на диаграмме «I–x».

 

Рисунок 8.10 – Схема сушки с многократным промежуточным

подогревом воздуха

 

Рисунок 8.11 – Построение процесса сушки с многократным

промежуточным подогревом на диаграмме «I–x».

 

8.1.7.2 Сушка с частичным возвратом отработанного воздуха показана на рисунке 8.12.

 

Рисунок 8.12 – Схема сушки с частичным возвратом отработанного воздуха

 

Кинетика процесса сушки

 

Скорость сушки определяется с целью расчета продолжительности сушки.

Из рисунка 8.13 видно, что движущей силой процесса сушки является разность парциальных давлений вблизи поверхности материала и в окружающей среде.

Кинетика сушки характеризуется изменением средних значений влагосодержания материала и средних температур.

Скорость сушки зависит:

– от внутренней структуры материала, его теплофизических свойств, размеров, формы и состояния внешней поверхности;

– от параметров сушильного агента – его температуры, относительной влажности, скорости движения относительно материала.

Кинетика сушки характеризуется изменением во времени средней влажности, отнесенной  к количеству абсолютно  сухого материала (рисунок 8.14). Зависимость между влажностью материала и временем изображается кривой сушки, которую строят по опытным данным.

Данные о скорости сушки, полученные с помощью кривых сушки, изображаются в виде кривых скорости сушки, которые строят в координатах «скорость сушки – влажность материала».

В общем случае процесс сушки состоит из двух стадий: перемещения влаги из глубины к поверхности материала и испарения влаги с поверхности материала.

Под скоростью сушки понимают изменение влажности материала в единицу времени, т.е. первую производную функции , которая обычно рассматривается по абсолютной величине. Кривая скорости сушки, соответствующая кривой сушки, изображена на рисунке 8.15.

В зависимости от того, какая из стадий является лимитирующей, различают периоды внутренней и внешней диффузии. В начале сушки, когда влажность материала высокая, скорость процесса постоянна (ВС). Это объясняется тем, что испарение влаги с поверхности материала успевает компенсироваться ее подводом из глубины. Это первый период сушки, для которого характерны:

– постоянная скорость сушки;

– постоянная температура материала, которая равна температуре мокрого термометра. Температура мокрого термометра – когда температура испаряющейся жидкости соответствует температуре смоченного термометра (т.е. температура газа равна температуре жидкости).

Скорость первого периода сушки определяется по уравнению

,                        (8.21)

где   F – поверхность испарения, м²; 

  β – коэффициент массоотдачи, м²/с.

Из уравнения (8.21) можно определить продолжительность сушки в первом периоде:

.                          (8.22)

В этом периоде скорость сушки определяется температурой сушильного агента, скоростью движения воздуха относительно материала и поверхностью материала.

По мере испарения влаги влажность материала уменьшается, при достижении значения х_кр на поверхности материала появляются сухие места и скорость сушки начинает падать (второй период сушки).

Для второго периода сушки характерны: образование на поверхности сухих мест, углубление поверхности испарения внутрь материала, повышение температуры материала.

Скорость  сушки во  втором периоде  определяется по  уравнению

,                          (8.23)

где   К – коэффициент скорости сушки;

х – текущее влагосодержание.

Из уравнения (8.23) продолжительность сушки во втором периоде

                                .                    (8.24)

Во втором периоде сушки скорость зависит от пористости материала, размера пор, температуры и влажности сушильного агента. Следовательно, чем мельче материал, тем быстрее идет сушка.

Общее время сушки будет складываться из продолжительности сушки в первом и втором периодах. Чем пористее материал, тем больше продолжительность сушки в первом периоде, чем больше толщина материала, тем больше продолжительность сушки во втором периоде.

 

Расчет сушилок

 

Для проектирования сушильной установки должны быть заданы:

1) конструкция сушилки;

2) вид сырого материала, подвергающегося сушке и сушильного агента;

3) производительность;

4) режим сушки (температура сушки, кривая сушки, скорость сушильного агента и др.);

5) начальная и конечная влажность материала.

Необходимо определить: основные физические параметры высушиваемого материала и сушильного агента, количество испаряемой влаги, расход воздуха на сушку, расход тепла, размеры сушилки.

Для определения поверхности сушилки вводится понятие напряжения сушилки по влаге – А. Напряжение сушилки по влаге может быть объемное  и поверхностное .

В этом случае необходимо определить скорость, время, в зависимости от типа сушилки напряжение по влаге или (А_s, или A_v), поверхность или объем сушилки.

 

Кристаллизация

 

Кристаллизация – процесс выделения твердой фазы из растворов, расплавов и паров.

Применяется с целью выделения твердой фазы, разделения веществ, очистки веществ и выращивания монокристаллов.

Кристаллизация состоит из двух основных стадий – образования зародышей кристаллов и роста кристаллов. Обе стадии протекают одновременно.

Если w_обр > w_рост, то получается большое количество мелких кристаллов, если w_обр < w_рост, то образуются кристаллы больших размеров.

Начало кристаллизации осуществляется в центрах кристаллизации, в качестве которых могут выступать механические примеси, шероховатость стенок.

Условие протекания процесса – пересыщение раствора, т.е. действительная концентрация раствора вещества должна быть выше равновесной.

Величина предельного пересыщения зависит от свойств растворенного вещества и растворителя, температуры раствора, скорости охлаждения, наличия примесей, механического воздействия.

 

⇐ Предыдущая22232425262728293031Следующая ⇒

Поделиться: