5. Матеріальний і тепловий баланс сушарок

Вологий матеріал як об’єкт сушіння

Вологістю матеріалу називають відношення маси вологи в матеріалі до маси всього вологого матеріалу і виражають у відсотках

(20.6)

де m_в - маса вологи (води), кг;

m - загальна маса вологого матеріалу, кг.

У теорії сушіння часто користуються не вологістю матеріалу, а вологовмістом w^c, що є відношенням маси вологи в матеріалі до маси абсолютно сухої речовини в ньому

(20.7)

Вологовмістом зручніше користуватися при розрахунках, тому що маса сухого матеріалу в процесі сушіння залишається незмінною.

Під час сушіння з матеріалу не можна видалити всю вологу. Матеріал після висушування в кінцевій стадії характеризуватиметься рівноважною вологістю. Знаючи початкову кількість вологи в матеріалі W_п можна розрахувати кількість вологи, що видаляється

(20.8)

де W_р — кількість вологи в матеріалі в стані рівноваги. Щоб збільшити W_вид), треба для висушування використовувати повітря з меншою відносною вологістю, коли W_p буде меншим.

Щоб визначити кількість висушеного матеріалу, випареної вологи та витрату сухого повітря на висушування, складають матеріальні баланси: за абсолютно сухою речовиною га за вологою.

Матеріальний баланс

Якщо немає втрат матеріалу, то кількість абсолютно сухої речовини в ньому до і після висушування лишається незмінною; якщо ж m₁ і т₂ - витрати вологого матеріалу до і після сушіння, кг/с, а w₁ i w₂ - масові частки вологи в матеріалі до і після сушіння, ;% до загальної маси, то баланс за сухою речовиною буде такий:

(20.9)

Звідки маса вологого матеріалу:

(20.10)

або маса висушеного матеріалу:

Кількість вологи W, яку видаляють під час висушування, дорівнює різниці мас вологого і висушеного матеріалу

(20.12)

Після перетворень отримаємо:

(20.13)

або

(20.14)

Матеріальний баланс сушарки за вологою складемо, якщо прирівняємо кількість вологи, що вноситься в сушарку з вологим матеріалом і з повітрям, до кількості вологи у висушеному матеріалі й відпрацьованому повітрі:

(20.15)

де L - витрата абсолютно сухого повітря, кг/с.

Ліва частина останнього рівняння - це кількість вологи, що видаляється під час висушування, звідки загальна витрата абсолютно сухого повітря на висушування

(2.16)

Питома витрата повітря, тобто витрата його на І кг вологи, яку видаляють з матеріалу в сушарці

(2.17)

де d₁ d₂ - вологовмісти повітря після і до сушарки, г/кг.

Оскільки повітря, проходячи через калорифер, не поглинає і не віддає вологи, його вологовміст при нагріванні в калорифері лишається незмінним, отже, х₁=х₀, тому

(2.18)

Із цього рівняння видно, що витрата повітря збільшується із збільшенням Х_о. У зв'язку з тим, що вологовміст зовнішнього повітря в літній час більший порівняно із зимовим, то вентилятор розраховують для літніх умов роботи сушарки.

Тепловий баланс

Для усталеного процесу рівняння теплового балансу виражає однаковість кількості теплоти, що надходить у сушильну установку, і теплоти, що виходить з неї.

Питому витрату теплоти в калорифері можна визначити з рівняння:

(2.19)

Коефіцієнт корисної дії сушарки

Досконалість сушильної установки оцінюють кількістю теплоти, яку підводять у калорифер для випаровування 1 кг вологи

Проте ця величина не вказує на те, яка кількість теплоти корисно використовується в сушарці. Тому, щоб оцінити досконалість сушильного процесу, введено поняття коефіцієнта корисної дії установки. Д.М. Левін для визначення ККД сушильної установки рекомен­дує користуватися таким рівнянням:

(2.21)

де r - прихована теплота випаровування води при певній умовно вибраній температурі (щоб можна було порівнювати економічність сушарок, які працюють за різних умов, r і h_o беруть завжди при температурі +15°С).