5 .1.Принципиальная схема воздушной конвективной сушилки. Материальный и тепловой балансы, понятие идеальной и реальной сушки

Рис.32. Схема воздушной конвективной сушилки: 1- сушильная камера; 2,3 – приточный и вытяжной вентиляторы; 4,5 – основной и дополнительный калориферы; 6 – транспортное устройство

Рис.33. J-x диаграмма влажного воздуха

Физическая сущность конвективной сушки заключается в том, что исходный воздух всасывается приточным вентилятором и, проходя через основной калорифер, предназначенный для нагрева воздуха, нагревается. Двигаясь вдоль материала, воздух испаряет влагу с поверхности материала, охлаждается и отводится с помощью вытяжного вентилятора из сушильной камеры. Дополнительный калорифер, установленный в камере, предназначен для компенсации потерь теплоты, расходуемой на нагрев транспортного устройства, материала, тепловых потерь в окружающую среду. В сушильную камеру загружается влажный материал, а выводится высушенный.

При расчете сушильных процессов для оценки количества влаги в материале вводится понятие относительной () и абсолютной (^а ) влажности материала.

Под относительной влажностью материала понимают отношение массы влаги (G_вл ) к массе влажного материала (G)

. (258)

Под абсолютной влажностью материала понимают отношение массы влаги (G_вл ) к массе абсолютно сухого материала (G_а.с. )

. (259)

Различают три вида материальных балансов:

1) материальный баланс по расходу

, (260)

где G₁, G₂ – производительность сушилки по влажному и сухому материалу, кг/с; W – массовый расход испаряемой влаги, кг/с;

2 ) баланс по абсолютно сухому веществу, согласно которого количество абсолютно сухого вещества на входе и выходе из сушильной камеры не меняется:

(261)

или

. (262)

Из уравнения (262) определяют производительность установки:

; (263)

(264)

3 ) материальный баланс по влаге

. (265)

Из этого баланса определяют необходимый расход абсолютно сухого воздуха L (кг а.с.в./с)

, (266)

а затем и его удельный расход l (кг а.с.в./кг влаги): . (267)

По физическому смыслу удельный расход показывает, какое количество абсолютно сухого воздуха необходимо подавать в сушилку для испарения 1 кг влаги.

При составлении теплового баланса конвективной сушки в соответствии со схемой установки, изображенной на рис.32, приняты следующие обозначения: J₀, J₁, J₂ – теплосодержание исходного воздуха, воздуха после основного калорифера и отработанного воздуха соответственно, Дж/кг а.с.в.; х₀, х₁, х₂ – влагосодержание исходного воздуха, воздуха после основного калорифера и отработанного воздуха, кг вл./кг а.с.в.; t₀, t₁, t₂ – температура воздуха, ⁰С; G_м – производительность сушилки по сухому материалу кг/c; W – массовый расход испаряемой влаги, кг/c; , - начальная и конечная температура материала, ⁰С; С_м, С_в – массовая теплоемкость материла и влаги при начальной температуре, Дж/(кгС); G_м – масса транспортных устройств поступающих в сушильную камеру в единицу времени, кг/c; , - начальная и конечная температура транспортных устройств, ⁰С; С_тр – теплоемкость материала транспортных устройств, Дж/(кгС); Q_k=L(J₁-J₀) – тепловой поток от основного калорифера, Вт; Q_д – тепловой поток от дополнительного калорифера, Вт; Q_п – тепловой поток потерь теплоты в окружающую среду, Вт.

Для непрерывных процессов уравнение теплового баланса записывают по принципу приход теплоты = расходу теплоты, суммируя тепловые потоки в соответствии со схемой, причем, для удобства дальнейшего преобразования приход теплоты с влажным материалам представляют суммой теплоты с сухой частью материала и с его влагой:

Таблица . Тепловой баланс

Приход теплоты, Вт	Расход теплоты, Вт
1.С исходным воздухом: LJ0; 2.С влажным материалом: 2а) с сухой частью материала: ; 2б) с влагой: ; 3.С транспортными устройствами: ; 4.С основным калорифером: Qк=L(J1-J0); 5.С дополнительным калорифером: Qд	1.С отработанным воздухом: LJ2; 2.С сухим материалом: ; 3.С транспортными устройствами: ; 4.Тепловые потери: Qк

После преобразования подобных слагаемых получают следующее уравнение:

, (268)

где: - удельный приход теплоты от дополнительного калорифера, Дж/(кг вл.); - удельный расход теплоты на нагрев материала, Дж/(кг вл.); - удельный расход теплоты на нагрев транспортных устройств, Дж/(кг вл.); - удельные потери теплоты в окружающую среду, Дж/(кг вл.); - суммарные удельные потери теплоты, Дж/(кг вл.).

Правую часть уравнения (268) обозначают следующим образом

. (269)

С учетом выражения (269) балансовое уравнение приобретает вид

. (270)

Величину  называют внутренним тепловым балансом сушильной камеры. Она используется для теоретического анализа процесса сушки, т.к. выражает разность между приходом и расходом теплоты непосредственно в сушильной камере и показывает, на что она расходуется. Рассмотрим возможные варианты осуществления процесса сушки.

Д опустим: , q_д=0, . Это означает, что вся теплота, которая подводится с сушильным расходуется только на испарение влаги из материала (на полезную работу), а все потери равны нулю. Следовательно:

. (271)

Последнее выражение говорит о том, что процесс протекает с постоянной энтальпией J₁=J₂, такая сушка называется идеальной или теоретической (J₁=const).

Другие варианты протекания процессов сушки относятся к реальным, т.к. в этих случаях полагают, что потери не равны нулю.

1 ).Допустим, что внутренний тепловой баланс сушильной камеры величина положительная

. (272)

Т огда из анализа выражения (272) вытекает, что процесс сушки протекает с повышением теплосодержания отработанного воздуха. Это в свою очередь означает, что теплота для процесса сушки подведена с избытком, осуществлять такой процесс на практике экономически не выгодно.

2).Внутренний тепловой баланс сушильной камеры величина отрицательная

(273)

и в этом случае процесс сушки осуществляется с понижением теплосодержания отработанного воздуха. По этому варианту и осуществляются реальные процессы сушки.

Из выражений (272)(273) следует, что теплосодержание реального процесса J₂ всегда рассматривается относительно энтальпии идеального процесса J₁. Отсюда следует, что положение реального процесса сушки на J-x диаграмме относительно идеального определяется разностью этих теплосодержаний

. (274)

Эту величину назвали отклонением процесса от идеального (/l) и используют при построении различных вариантов процессов сушки на J-x диаграмме.