Форма связи влаги с материалом

Химическая влага;

А

Энергия

дсорбционная влага;

Капиллярная влага;

Осмотическая влага;

Механически удерживаемая влага

Лекция №15 Материальный баланс сушки

Т.к. воздух нагревается в калорифере, то х₀=х₁.

G_н – количество влажного материала, массовый расход;

G_к – количество высушенного материала;

w_н, w_к , % – влажность на входе и на выходе (влажность на общую массу);

W – количество испаренной влаги, кг/с.

По высушиваемому материалу МБ запишется:

(1)

(2)

(3)

(4)

Целью материального баланса является нахождение испаренной влаги, тогда

(5)

По сушильному агенту МБ запишется:

(6)

L – расход воздуха, кг/с

(7)

Формула 7 позволяет рассчитать количество свежего воздуха, необходимого для удаления W кг влаги из влажного материала.

В расчетах и анализе процесса сушки используется понятие удельный расход вохдуха.

Удельный расход воздуха – это расход воздуха необходимый для испарения 1 кг влаги.

(8)

(9)

Удельный расход легко определяется из диаграммы «I-x»: х₂ определяем, а х₀ обычно задаемся.

Расход воздуха на сушку определяет необходимый вентилятор (мощность и производительность). Расчет ведется обычно на летние (худшие) условия.

Тепловой баланс конвективных сушилок

L – расход абсолютно сухого воздуха, кг/с;

I – теплосодержание (энтальпия) влажного воздуха, Дж/кг;

G_н , G_к – расходы влажного и высушенного материала, кг/с;

с_н , с_к – теплоемкость влажного и высушенного материала, Дж/(кг*К);

Ө_н, Ө_к (этта) – начальная и конечная температура влажного и высушенного материала, ⁰С;

с_т – теплоемкость транспортных устройств, Дж/(кг*К);

t_т.н, t_т.к – температуры транспортных устройств, ⁰С;

с_в – теплоемкость воды, Дж/(кг*К);

Q_к – количество тепла в основном калорифере, Дж/с;

Q_д – количество тепла в дополнительном калорифере, Дж/с;

Q_п – потери тепла в окружающую среду, Дж/с;

Приход тепла	Расход тепла
1. со свежим воздухом L I0	1. с отработанным воздухом L I2
2. с влажным материалом	2. с высушенным материалом,
3. с транспортными устройствами	3. с транспортными устройствами
4. подвод тепла в основном калорифере, Qк	4. потери тепла в окружающую среду, Qп
5. подвод тепла в дополнительном калорифере, Qд

(10)

(11)

1. – тепло вводимое в установку;

2. – тепло, идущее на нагрев воздуха в сушильной установке;

3. – тепло, затрачиваемое на нагрев материала;

4. – тепло, идущее на нагрев транспортных устройств;

5. – тепло, вносимое в сушилку с влагой, находящейся в высушиваемом материале;

6. Q_п – тепло, идущее на потери в окружающую среду.

Каждый член поделим на W и найдем удельное количество тепла, т.е. отнесенное к 1 кг испаренной влаги.

В итоге получим:

(12)

Отсюда найдем удельный расход тепла на нагрев в калорифере

(13)

Также можно записать тепловой баланс основного калорифера:

(14)

отсюда количество тепла в калорифере

(15),

а следовательно удельный расход тепла в калорифере определиться:

(16)

Подставляя выражение (16) в уравнение (12) получим

(17)

Обозначив правую часть через Δ, запишем

, а если учесть что , то

(18)

Внутренний баланс сушилки.

Δ – показывает разность (18) между удельным подводом тепла в сушильную камеру (с дополнительным калорифером и с влагой) и удельным расходом тепла (с материалом, транспортными устройтсвами, потерями).

Очевидно, что уравнение (19) линейное и Δ в нем представляет наклон линии сушки.

В зависимости от Δ, линия реального сушильного процесса может занимать три возможных положения.

Рассмотрим изменение параметров сушильного агента по диаграмме «I-x» в процессе нагревания и сушки:

АВ – в калорифере;

ВС, ВС₁ и ВС₂ – в сушильной камере при Δ = 0, Δ > 0, Δ < 0 соответственно.

Сушка при Δ = 0 (т.е. при постоянном значении энтальпии воздуха на входе и выходе из сушилки) возможна в двух случаях:

1) при так называемой теоретической сушке, когда процесс является адиабатическим, т.е.

2) при протекании реального процесса, когда удельные расходы теплоты (на нагрев высушиваемого материала, транспортных устройств и удельные потери теплоты компенсируются подводом дополнительной теплоты и произведением ).

(19)

Теоретическая сушка – это сушка при 0⁰С без дополнительного подвода или отвода тепла. (Или сушка при 0⁰С, при которой все тепло, подводимое к сушилке, идет на испарение влаги, т.е. энтальпия воздуха не меняется I=const). С испаренной влагой в воздух поступает столько тепла сколько затрачено на ее испарение.

Изображенный вариант сушки называется основным.

Схемы процессов сушки