Материальный и тепловой балансы сушки

СУШКА

Тепловая сушка, или просто сушка, представляет собой про­цесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наи­более распространенным способом удаления влаги из твердых и пастообразных материалов и проводится двумя основными способами:

1) путем непосредственного соприкосновения сушильного
агента (нагретого воздуха, топочных газов) с высушиваемым
материалом — конвективная сушка;

2) путем нагревания высушиваемого материала тем или
иным теплоносителем через стенку, проводящую тепло, — кон­
тактная сушка.

Специальная сушка производится путем нагревания высушиваемых материалов токами высокой частоты (диэлектрическая сушка) и инфракрасными лучами (радиационная сушка).

В особых случаях применяется сушка некоторых продуктов в замороженном состоянии при глубоком вакууме — сушка возгонкой или сублимацией.

Свойства влажного газа (воздуха)

Влажный воздух представляет собой смесь сухого воздуха и водяных паров. В ненасыщенном воздухе влага находится в состоянии перегретого пара, поэтому свойства влажного воздуха с некоторым приближением характеризуются законами идеаль­ных газов.

Количество водяных паров, содержащихся в 1 м³ влажного воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. Водяной пар занимает весь объем смеси, поэтому абсолютная влажность воздуха равна массе 1 м^г водяного пара, или плотности пара ρ в кг/м³.

При достаточном охлаждении или увлажнении воздуха нахо­дящийся в нем водяной пар становится насыщенным. С этого момента дальнейшее понижение температуры воздуха или уве­личение содержания влаги в нем приводит к конденсации из воз­духа избыточного количества водяных паров. Поэтому количество пара, содержащегося в насыщенном воздухе, является предельно возможным при данной температуре. Оно равно массе 1 м³ пара в состоянии насыщения, или плотности насыщенного пара ρ_н в кг/м³. Отношение абсолютной влажности к максимально воз­можному количеству пара в 1 м³ воздуха, при той же температуре и данном барометрическом давлении, характеризует степень насыщения воздуха влагой и называется относительной влажность воздуха. Относительную влажность можно выразить отношением давлений:

φ=(21-4)

При сушке меняются объем воздуха над влажным материа­лом и абсолютная влажность воздуха, так как он отдает тепло, необходимое для испарения влаги, и охлаждается, поглощая влагу, испаренную из материала. Поэтому влажность воздуха относят к величине, постоянной в процессе сушки, — к массе абсолютно сухого воздуха, находящегося во влажном воздухе.

Количество водяного пара в кг, приходящееся на 1 кг абсо­лютно сухого воздуха, называется влагосодержанием воздуха и обозначается х. Величина х характеризует относительный ве­совой состав влажного воздуха.

Х=0,622

Порциальное давление пара: Р_вл=

Х=0,622

Влажный воздух, как теплоноситель, характеризуется энталь­пией (теплосодержанием), равной сумме энтальпии сухого воздуха и водяного пара:

і_вл.в= , где

с _{с. в.} — удельная теплоемкость сухого воздуха, дж/кг- град;, t — температура воздуха, °С; i_n — энтальпия перегретого пара, дж/кг.

Диаграмма, на которой определены параметры влажного и сухого воздуха, как правило называется диаграммой Рамзина (энтальпия-влагосодержание).

Материальный баланс

Пусть количество влажного материала, поступающего в су­шилку, равно G₁ кг/сек, а его влажность w₁ (вес. долей). В ре­зультате сушки получается G₂ кг/сек высушенного материала (влажностью w₂ вес. долей) и W кг/сек испаренной влаги.

Тогда материальный баланс по всему количеству вещества выразится равенством:

G₁= G₂+ W

Баланс по абсолютно сухому веществу, количество которого не меняется в процессе сушки:

G₁ (1-w₁) = G₂ (1-w₂)

Из этих уравнений определяют количества высушенного ма­териала G₂ и испаренной влаги W.

G₂=G₁

W= G₁-G₂ =G₁- G₁= G₁(1-)= G₁()=G₁()

Тепловой баланс

Для теплового расчета сушилки необходимо знать расход воздуха на сушку, который определяется из баланса влаги.

Если на сушку расходуется L кг абсолютно сухого воздуха, причем влагосодержание влажного воздуха на входе в сушилку х₀ кг/кг сухого воздуха, а на выходе из сушилки х₂ кг/кг сухого воздуха, то с воздухом поступает Lx₀ кг влаги. Из материала испаряется W кг влаги, с отработанным воздухом уходит Lx₂ кг влаги.

Следовательно, баланс влаги в сушилке выражается равен­ством

откуда расход воздуха составляет:

Удельный расход воздуха (на 1 кг испаренной влаги), оче­
видно, составит:

Из выражения (21-18) видно, что удельный расход воздуха зависит только от разности влагосодержаний отработанного и свежего воздуха. Расход воздуха будет тем больше, чем выше его начальное влагосодержание х₀, которое определяется темпе­ратурой и относительной влажностью воздуха. Поэтому расход воздуха, при прочих равных условиях, будет возрастать с уве­личением to и ф₀. Следовательно, расход воздуха на сушку в лет­них условиях больше, чем в зимних, и устройства для перемеще­ния воздуха (газодувки, вентиляторы) необходимо выбирать по расходу воздуха в самый теплый месяц года.

Тепловой баланс

Составим тепловой баланс относительно тепла, переданного сушилке (рис. 21-6), с учетом того, что количество подводимого в сушилку тепла Q в общем случае слагается из тепла Q,, нагре­вания сушильного агента (в воздухоподогревателе или топке) и тепла Q_A06.* сообщаемого дополнительно в сушильной камере Для составления баланса введем следующие обозначения (в дополнение к принятым ранее):

с, с_в, Со и с_т — средние удельные теплоемкости сушильного агента (на 1 кг сухого), влаги, удаляемой из материала, высушенного материала и транс­портных устройств сушилки, дж/кг • град; t₀ и /₂ — температуры сушильного агента перед воздухо­подогревателем и после сушилки, ° С; Ь_г и Э₂ — температуры материала на входе и выходе из

сушилки, ° С;

G_T — масса транспортных устройств, кг; U и U —температура транспортных устройств на входе и

выходе из сушилки, °С;

i°a и i"_a — энтальпия водяного пара в свежем и отработан­ном сушильном агенте, дж{кг,

Дата добавления: 2014-01-03