36 Материальный и тепловой балансы конвективной сушки

Материальный баланс сушки

Материальный баланс по высушиваемому материалу является общим для конвективной, контактной и других видов сушки.

Обозначим:

G_н, кг/ч – массовый расход влажного материала;

a_н – концентрация влаги во влажном материале (масс. доли);

G_к, кг/ч – массовый расход или концентрация влаги в высушиваемом компоненте;

W, кг/ч – массовый расход влаги, удаленный в процессе сушки;

Тогда материальный баланс будет иметь следующий вид:

По всему материалу, подвергаемому сушке

G_H=G_K+W (7.7)

По абсолюто сухому веществу в высушиваемом материале:

Если а дано в %:

(7.8)

Из уравнения (7.8) следует:

(7.9)

(7.10)

(7.11)

В полученное уравнение (5) подставим выражение (4)

(7.12)

Подставим значение G_К из уравнения (7.9) и определим количество удаляемой влаги:

(7.13)

Если количество удаляемой влаги W известно, то из уравнения (7.13) можно определить количество высушенного материала G_К.

Рассмотрим основную схему процессов конвективной сушки на примере воздушной сушилки, в которой воздух нагревается в калорифере перед сушилкой и однократно проходит через сушилку.

Пусть на сушку поступает воздуха с влагосодержанием Х₀, кг/кг сухого воздуха, причем расход абсолютно сухого воздуха составляет L кг/час. Потерями воздуха в сушилке пренебрегаем, то есть из сушилки выходит такое же количество абсолютно сухого воздуха, а влагосодержание меняется до Х₂ кг/кг сухого воздуха. Количество влаги, испарившейся в сушилке из материала, W кг/час. Тогда материальный баланс по влаге:

L₀x₀+W=L₀x₂ (7.23)

Определим расход L абсолютно сухого воздуха на сушку:

(7.24)

Удельный расход воздуха на испарение из материала 1 кг влаги равен

(7.25)

Обозначим влагосодержание воздуха, нагретого в калорифере и поступающего в сушилку, через Х₁ кг/кг сухого воздуха. Проходя через калорифер воздух не поглощает и не отдает влаги, поэтому его влагосодержание остается постоянным, то есть Х₁=Х₀

Тогда

;

37 Изображение процесса сушки на н-х диаграмме

В процессах сушки практический интерес представляет изменение состояния влажного воздуха в следующих процессах:

1. нагревание и охлаждение;

Рисунок 7.6

2. Взаимодействие с влажным материалом в условиях постоянной энтальпии воздуха;

Рисунок 7.7.

3. Смешение двух потоков воздуха, имеющих различные параметры;

4. Конденсация воды из паровоздушной смеси.

Так как при нагревании и охлаждении влажного воздуха его Х остается постоянным, то эти процессы на Н-Х диаграмме должны быть представлены вертикальными прямыми, параллельными оси У.

2. Взаимодействие воздуха с влажным материалом в условиях Н=const возможно если Δ=0 (внутренний тепловой баланс сушильной камеры). При этом Н₁=Н₂.

3. Смешение одного влажного воздуха с другим.

Имеем: m₁ – масса одного влажного воздуха,

Н₁, Х₁ – энтальпия и влагосодержание.

Для другого: m₂, Н₂, Х₂.

При смешении образуется третий влажный воздух с параметрами m₁+m₂; Н; Х.

На основе уравнения материального и энергетического балансов запишем:

m₁X₁+m₂X₂=(m₁+m₂)X (7.18)

m₁H₁+m₂H₂=(m₁+m₂)H (7.19)

; (7.20)

; (7.21)

Тогда

; (7.22)

Это есть уравнение прямой линии, представляющее процесс смешения потоков точкой А.

Рисунок 7.8.