21.8. Принципиальные схемы процессов сушки

При сушке по основному (или простому) сушильному процессу (см. рис. 21.5) в сушилке создаются достаточно жесткие условия сушки, поскольку вся теплота, необходимая для испарения влаги из материала, подводится к сушильному агенту в наружном калорифере однократно и материал нагревается сразу до температуры t₁ сушки, которая часто является предельно допустимой для высушиваемого материала. Если эта температура будет превышена, то возможно разложение высушиваемого материала или ухудшение его качества.

Для того чтобы создать более мягкие условия сушки, процесс проводят при более низких температурах и достаточно влажном воздухе. К таким видам организации сушильного процесса относятся сушка с многократным промежуточным нагреванием воздуха, сушка с частичным возвратом отработанного воздуха и др.

Рис. 21-7. Сушка с многократным промежуточным подогревом воздуха:а - принципиальная схема; б - изображение теоретического процесса ва диаграмме Н-х.

Обычно при расчете таких сушилок задаются верхние и нижние пределы температур воздуха t₁ и t₂. Для упрощения будем рассматривать процесс в теоретической сушилке. Сушилка, работающая по рассматриваемой схеме, состоит из нескольких зон (см. рис. 21-7, a), в каждой из которых устанавливается калорифер. Вначале обычным путем определяется точка А, затем воздух нагревается в калорифере 1 от t₀ до t₁ и после этого поступает в зону I, где, взаимодействуя с материалом, охлаждается до температуры t₂. Далее воздух поступает в калорифер 2, нагревается до температуры t₁ и поступает в зону II, пройдя которую, охлаждается до температуры t₂, и т.д. Конечные параметры воздуха характеризуются точкой С (см. рис. 21-7,б).

Таким образом, воздух последовательно проходит все зоны сушки, в каждой из которых процесс сушки осуществляется по основной схеме. Очевидно, что изменение состояния воздуха должно быть ступенчатым - на диаграмме Н-х (см. рис. 21-7,б) оно изображается ломаной линией АВ₁С₁В₂С₂B₃С.

Отметим, что при проведении аналогичного процесса в основной сушилке (т.е. в сушилке с одним калорифером) потребовался бы нагрев воздуха до температуры t₀' (точка В на рис. 21-7, б), существенно превышающей температуру t₁. Расходы теплоты и воздуха, как отмечалось выше, зависят от начальных (точка А) и конечных (точка С) параметров воздуха. Поэтому для рассматриваемой схемы процесса сушки эти расходы определяются по уравнениям (21.42), (21.43), (21.48) и (21.50), полученных для сушилок основной схемы.

Сушка с частичным возвратом отработанного воздуха (рис. 21-8, а). При сушке по этой схеме исходный воздух предварительно смешивается с частью отработанного воздуха. При смешении L₀ (в кг/ч) свежего и L₂(в кг/ч) отработанного воздуха (с известными параметрами х₀, Н₀ и х₂, Н₂) параметры смеси (х_см и Н_см) можно определить, пользуясь правилом аддитивности:

, .

Разделив числитель и знаменатель правой части этих уравнений на L₀, найдем

(21.56)

Рис. 21-8. Сушка с частичным возвратом отработанного воздуха: а - принципиальная схема (1-калорифер; 2-сушильная камера; 3- вентилятор), 6-изображение процесса на диаграмме Н-х.

и

, (21.57)

где n = L₂/L₀-кратность смешения (циркуляции).

Из уравнений (21.56) и (21.57) находим выражения для определения величины n:

, (21.58) (21.59)

тогда

(21.60)

Уравнение (21.60) на диаграмме Н-х (см. рис. 21-8,6) изобразится прямой линией АС, проходящей через точки, характеризующие состояние смеси свежего и циркулирующего воздуха. Точка С, соответствующая составу смеси, делит эту прямую на отрезки, находящиеся в отношении . Для теоретической сушилки при заданных точках А и С температуре сушки t_D положение точки D находят по пересечению линии Н₂=Н₁=const с изотермой t_D. Затем проводят вертикаль из точки D до пересечения с прямой АС и находят точку С₁ характеризующую параметры смеси. Если заданы точки А и С и кратность циркуляции п, то, соединив точки А и С₁ прямой, находят положение точки С, которая делит прямую АС в отношении АС₁/С₁С = L₂/L₀ = n. Из точки С₁ проводят линию х_см = const до пересечения с линией Н₂=Н₁=const. Точка пересечения D характеризует состав воздуха на входе в сушильную камеру, а изотерма t_D - температуру нагрева смеси свежего и циркулирующего воздуха.

Удельный расход свежего воздуха для рассматриваемого процесса (см. рис. 21-8,б) составит

.

т. е. аналогичен удельному расходу воздуха для основной сушилки. Удельный расход воздушной смеси l_см соответствующей точке С, (в кг сухого воздуха на 1 кг влаги), определяется следующим образом: (21.61)

причем удельный расход циркулирующего воздуха l₂ = l_см - l₀. Далее определяют величину n.

Удельный расход теплоты q_K в калорифере 1 (см. рис. 21-8, a) составит

. (21.62)

Из подобия треугольников ABC и DCC₁ следует, что DC₁/CE₁ = АВ/СЕ, т. е. расходы теплоты в данной сушилке и в сушилке, работающей по основной схеме, будут одинаковы (при условии тех же пределов изменения состояния параметров воздуха). Однако в сушилке с частичной рециркуляцией воздуха обеспечиваются более мягкие условия сушки, а увеличение количества воздуха, проходящего через сушильную камеру, приводит к повышению скорости процесса. Вместе с тем при этом увеличиваются расход энергии на прокачивание воздуха и капитальные вложения вследствие некоторого увеличения объема сушильной камеры.