8.5. Основные принципы расчета сушильного процесса

В сушильных установках основным видом сушильного агента является воздух, передающий материалу теплоту для испарения влаги и поглощающий испарившуюся из него влагу, а затем удаляющий ее из установки.

Сушильные качества воздуха зависят от его влажности. Влажный воздух – это смесь сухого воздуха и водяных паров. Степень наличия влаги в воздухе определяется тремя параметрами: абсолютной и относительной влажностями, влагосодержанием.

Графическое решение задач процессов сушки. Графоаналитический метод решения задач по определению параметров сушильных процессов был предложен Л. К. Рамзиным на основе построенной им i–d-диаграммы. Принципы и система построения i–d-диаграммы рассматриваются в предыдущих курсах, поэтому мы остановимся лишь на решении задач в i–d диаграмме.

Определяем параметры влажного воздуха в окружающей среде. Для этого необходимо знать любые два параметра (например t и ). Затем, используя i–d-диаграмму (рис. 8.4, а), на пересечении линий, соответствующих t₀ и ₀ находим точку А. Влагосодержание d_o определяем, проведя из точки А вертикальную линию d_o == const до пересечения ее с осью d; энтальпию i_o – по линии i_o = const; парциальное давление – при пересечении линии d₀ = const с треугольником парциальных давлений; точку росы t_p находим по t = const, проходящей через точку пересечения линий d₀ = const и  = 100 %.

Процесс подогрева влажного воздуха в калорифере характеризуется повышением температуры, энтальпии и снижением относительной влажности и проходит из точки А по линии d₀ == const до точки В, характеризующейся параметрами t₁ и i₁, do == d₁.

Адиабатный процесс испарения влаги из материала (увлажнение сушильного агента) происходит по линии i = const (например прямая ВС).

Рис. 8.4. Основной вариант сушильного процесса:

а – изображение в i – d-диаграмме; б – схема сушильной установки; 1 – дутьевой вентилятор; 2 – калорифер; 3 – сушильная камера; 4 – вытяжной вентилятор

Основной вариант сушильного процесса (рис. 8.4, б). Вентилятор 1, забирая воздух из окружающей среды c параметрами, характеризуемыми точкой А, подает его в калорифер 2, где он нагревается до параметров, характеризуемых точкой В, превращаясь при этом в сушильный агент с высокими свойствами. Затем воздух вентилятором 4 просасывается через сушильную установку 3, отбирая влагу у материала, увлажняясь и изменяя свои параметры от значений, определяемых точкой В до значений, определяемых точкой С. При этом сушка может происходить при постоянном теплосодержании влажного воздуха, а также при подаче дополнительного количества теплоты в сушильную установку или при потере ее.

Изображая сушильный процесс в i–d- диаграмме, находим параметры наружного воздуха по методике, описанной выше. Для точки А – это ₀, d₀, t₀, i₀. Проходя через калорифер, воздух сохраняет свое влагосодержание (d₀ = d₁ = const), так как с теплоносителем (дымовыми газами, паром, водой) не контактирует. Нагрев без влагообмена в i–d-диаграмме выражается вертикальной прямой из точки А до пересечения с изотермой t₁. Изменив относительную влажность воздуха с   60...90 % до   2...5 %, а температуру с t₀ до t₁, мы на этот процесс затратили теоретически i₁ – i₀ = t теплоты. Полученный сушильный агент подаем в сушильную установку и обдуваем влажный материал.

Теоретически сушильный процесс в установке пойдет без расхода теплоты на испарение влаги, по адиабатной прямой из точки В по линии i₁ = const. Изменяя свои параметры по этой линии, сушильный агент может содержать максимально возможное количество влаги при относительной влажности  = 100 %. Однако мы знаем по определению точки росы, что при  = 100 % происходит конденсация влаги, т. е. влага может опять осесть на материале или в установке, поэтому конечная относительная влажность сушильного агента доводится только до 85...90 %. На пересечении линии i₁ = const и  = 90 % находим точку С, характеризуемую параметрами ₂, d₂, t₂, i₂ с которыми отработанный сушильный агент выбрасывается из установки. Построенный треугольник АВС отражает основной вариант сушильного процесса.

Как видно из построения в i–d-диаграмме, линия ВС характеризует изменение следующих параметров сушильного агента в сушильной установке: снижение температуры, увеличение относительной влажности и влагосодержания. Проведенная из точки С до пересечения с линией АВ, линия СД, параллельная оси d, в масштабе i–d-диаграммы выражает изменение влагосодержания сушильного агента (d₂ – d₁) в процессе сушки.

Таким образом, выполненное нами построение, позволяет сделать вывод, что 1 кг наружного воздуха, нагретого от точки А до точки В, при прохождении через сушильную установку может забрать у материала (d₂ – d₁) влаги. Следовательно, на 1 кг испаренной влаги для теоретического процесса сушки АВС расход сухого воздуха, кг/кг, составляет:

(8.7)

Отсюда расход теплоты на 1 кг испаренной влаги, кДж/кг:

q = l(i₁ – i₀) (8.8)

В отличие от теоретического, реальный процесс сушки может проходить при наличии тепловых потерь или поступлении в установку добавочной теплоты.