Тепловой баланс конвективной сушилки

Рис..3

На рис..3 показана схема конвективной сушилки непрерывного действия, где обозначено: 1 - вентилятор; 2 - сушильная камера; 3 - основной калорифер; 4 - добавочный калорифер (расположен в сушильной камере); 5 - направление движения высушиваемого материала, L - массовый расход абсолютно сухого воздуха, кг/с; I, t, j, x - теплосодержание, температура, относительная влажность и влагосодержание воздуха (0 - поступающего в сушилку, 1 - поступающего в сушильную камеру, 2 - уходящего из сушилки); G ₁, w ₁, q ₁ - массовый расход, влажность и температура влажного материала, поступающего на сушилку; G ₂, w ₂, q ₂ - массовый расход, влажность и температура высушенного материала.

Дополнительно к перечисленным введем следующие обозначения; С _М - теплоемкость высушенного материала (тепловой баланс для материала мы будем рассматривать как сумму теплот, вносимых высушенным материалом и испаряемой влагой); G т- массовый расход транспортных приспособлений (например, транспортера, на котором расположен материал); С т - теплоемкость транспортных приспособлений; t' т ,t" _Т - начальная и конечная их температура; С в- теплоемкость влаги, находящейся в материале; Q к- тепло, подводимое в сушилку от основного калорифера; Q g- тепло, подводимое добавочным калорифером; Q n- потери тепла сушилкой в окружающую среду.

Согласно приведенной схеме (рис. 3) установим статьи подвода и расхода тепла в процессе сушки.

Тепло приходит Тепло уходит

1. С наружным воздухом LI ₀ 1. С отработанным воздухом LI ₂

2. С сухим материалом G ₁ C _М q ₁ 2. С высушенным материалом G ₂ C _М q ₂

3. С влагой, удаляемой из материала WC в q ₁ 3. С транспортными приспособлениями G т С т t"_Т

4. Потери тепла в окружающую среду Q n 4. С транспортными приспособлениями G т С т t" _Т

5. От основного калорифера Q k

6. От добавочного калорифера Q g

Для установившегося процесса сушки тепловой баланс будет:

Общий приход в сушилку тепла от калориферов Q k +Q gбудет равен его расходу

Разделив обе части последнего равенства на W, получим выражение для удельного расхода тепла (на 1 кг испаренной влаги): , где - коли-чество тепла (с учетом всех видов его прихода и расхода), приходящегося на 1 кг испаренной влаги; - удельный расход тепла на нагрев высушенного материала; - удельный расход тепла на нагрев транспортных приспособлений; - энтальпия 1 кг влаги, поступающей в сушилку с материалом; - удельные потери тепла сушилкой в окружающую среду.

Удельный расход тепла в основном калорифере (см. рис.2) равен Подставляя значение q kв уравнение, находим

или .

Обозначим . Тогда , . Величина D выражает разность между приходом и расходом тепла в камере сушилки, без учета тепла, приносимого и уносимого воздухом, нагретым в основном калорифере. Поэтому величину D называют внутренним тепловым балансом сушильной камеры.

Подставляя в уравнение значение получим .

Варианты процесса конвективной сушки.

Возможны следующие варианты работы конвективных сушилок:

1. Дополнительно введенное тепло с избытком покрывает все статьи расхода тепла и тогда D > 0; т.е. . В этом случае . Удельный расход воздуха l является положительной величиной (), следовательно, I ₂ > I ₁.

2. Дополнительно введенное тепло недостаточно для покрытия всех потерь тепла, т.е. D < 0, или .Это неравенство удовлетворяется, если I ₂ < I ₁.

3. Потери тепла компенсируются количеством дополнительно введенного тепла. В этом случае

и ,

На практике такой вариант процесса сушки не осуществляется.

Для анализа и расчета процессов сушки введем понятие о теоретической сушилке, которая характеризуется следующими положениями. Температура материала, поступающего на сушку, равна нулю; нет расхода тепла на нагрев материала и транспортных приспособлений; нет дополнительного подвода тепла в сушильной камере и потерь тепла в окружающую среду, т.е.

, .

Испарение влаги в теоретической сушилке происходит только за счет охлаждения воздуха, причем количество тепла, передаваемого воздухом, полностью возвращается в него с влагой, испаряемой из материала.

Определение расходов воздуха и тепла на сушку. При расчете конвективных сушилок необходимо определить расходы воздуха (газа) и тепла на проведение процесса сушки. Эти величины могут быть найдены как аналитически, так и графо - аналитически с помощью изображения процесса на I - x диаграмме.

Расчет сушилок с использованием I - x диаграммы нагляден и дает достаточно точные для практических целей результаты. Поэтому графоаналитический расчет сушилок в дальнейшем будет взят за основу.

Теоретическая сушилка. Для расчета теоретической сушилки должны быть заданы:

1) два параметра наружного воздуха (t ₀ ,j ₀ или t ₀ ,x ₀);

2) температура воздуха уходящего из калорифера и поступающего в сушильную камеру (t ₁);

3) один параметр отработанного воздуха (t ₂ ,j ₂ или x ₂).

Рис. 4

вательно, линия АВ характеризует нагревание воздуха в калорифере, а линия ВС - изменение параметров воздуха в сушильной камере.

Удельный расход тепла для сушилки определяется уравнением ,

а удельный расход воздуха .

Действительная сушилка, для которой D > 0. При D > 0 и в начале строят на диаграмме I - x изображение процесса как для теоретической сушилки, что на рис. 5 изображено линиями АВС. В уравнении координаты конечной точки (x ₂, I ₂ ) можно заменить на текущие координаты (x, I) для некоторой произвольно выбранной точки Е, лежащей на прямой линии процесса в сушильной камере. Тогда . По диаграмме (рис.5) , , где M _Y, M x- соответствующие масштабы для I и x на диаграмме I-x.

В этом случае, где - масштаб диаграммы I-x.

Из последнего уравнения получаем. Это равенство дает возможность найти направление линии, по которой происходит процесс в сушилке при D > 0. Для этого на линии ВС, изображающей

Рис..5.

процесс теоретической сушилки, берут произвольную точку С и измеряют расстояние ef от линии x ₀ =x ₁ =const. Откладывая по вертикали, проходящей через точку e, расстояние, равное

находят точку E, затем проводят линию ВЕ, которая и характеризует изменение состояния воздуха в действительной сушилке. Конечная точка процесса С1определяется пересечением линии ВЕ с заданной линией I ₂=const или t ₂=const. Точка С1характеризует параметры отработанного воздуха, уходящего из сушильной камеры.

Действительная сушилка, для которой D < 0. При D < 0 изменение состояния воздуха в сушильной камере происходит с понижением энтальпии(I ₂ < I ₁ ). В этом случае потери тепла на нагрев материала, транспортных приспособлений и в окружающую среду больше, чем тепло, вносимое добавочно в самой сушильной камере. Направление линии, характеризующей теплосодержание воздуха в сушильной камере, может быть определено, аналогично предыдущему

случаю, с той лишь разницей, что отрезок eE откладывается вниз, а не вверх.

Для действительной сушилки удельные расходы воздуха и теплот определяются по следующим уравнениям: удельный расход воздуха: кг / кг влаги;

суммарный удельный расход тепла:, Дж/кг. влаги;

удельный расход в основном калорифере: , Дж/кг. влаги;

удельный расход добавочного тепла в сушильной камере:, Дж/кг. влаги;

где .

Изображение процесса смешения воздуха различных состояний на I-x диаграмме. Смешение воздуха двух состояний характерно для сушилок, работающих по принципу рециркуляции, когда часть отработанного воздуха смешивается со свежим воздухом, а эта смесь подается в сушилку.

Рис. 6

(б), где Iсм,xсм - энтальпия и влагосодержание смеси. Из равенств (а) и (б) имеем: (в) (г)

Из равенств (в) и (г) можно получить соотношение

,

которое является уравнением прямой линии с координатами двух ее точек I1, x1; I2, x2. Отсюда следует, что точка, определяющая состояние смеси, лежит на прямой, соединяющей точки, характеризующие составляющие части смеси, независимо от пропорции смешения. Положение этой точки на прямой может быть определено заданным либо xсм, либо Iсм. В большинстве практических случаев задано xсм и требуется вычислить величину n. Из равенства (г) и рисунка 6 имеем:

Следовательно, точка С, соответствующая xсм, делит отрезок между точками А и В на части, отношение которых равно величине n и лежит тем ближе к точке А, чем меньше n.

Из формул (а) и (б) величины xсм и Iсм могут быть получены и аналитически

Многозональная сушилка с промежуточным подогревом воздуха. Сушилка с промежуточным подогревом воздуха состоит из нескольких зон (в данном случае из трех), причем перед каждой зоной расположены калориферы K1,K2,K3 для подогрева воздуха до заданной температуры.

Многозонные сушилки применяются, когда материал не должен подвергаться воздействию высоких температур, а также для получения большой равномерности сушки материала.

Построение действительного процесса сушки на диаграмме I - x выполняется для каждой ступени отдельно, так же как и для однозонной сушилки с однократным использованием сушильного агента.

Сушилка с частичной рециркуляцией отработанного воздуха. Особенность данного варианта сушильного процесса состоит в том, что лишь часть отработанного воздуха выходит в атмосферу, а остальная часть смешивается с потоком свежего воздуха; образовавшаяся смесь вентилятором передается в калорифер K, где нагревается и поступает затем в сушильную камеру.

При сушке с частичной циркуляцией воздуха материал сушится при более низких температурах, чем в обычной сушилке (t1< t'1). Вместе с тем сушка происходит в среде более влажного воздуха, так как влагосодержание смеси xсм. больше влагосодержания свежего воздуха xв. Такой режим сушки желателен для материалов, которые при сушке воздухом с низкой влажностью при высоких температурах подвергаются разрушению (например, керамические изделия).

Следует учитывать, что для сушилки с рециркуляцией требуется больший расход энергии на вентилятор, чем для сушилки обычной схемы.

Однако, при добавлении части отработанного воздуха к свежему увеличивается объем циркулирующего в сушильной камере воздуха, а следовательно, и скорость его движения относительно материала, что способствует более интенсивному тепло- и влагообмену.

Дата добавления: 2014-01-04