Учебное пособие 800321

вых температурных режимах в последней выше влагосодержание и относительная влажность сушильного агента на выходе, а также тепловая экономичность.

Повышение относительной влажности воздуха способствует, как правило, снижению механических напряжений в сушимом материале. Поэтому рециркуляцию используют для сушки лесоматериалов, кожи, керамических изделий и т. п.

Рис. 8 Варианты рециркуляции сушильного агента

Однако наряду с достоинствами применение рециркуляции имеет и недостатки, связанные с теплотехническими и производственными трудностями сушки высоковлажным сушильным агентом.

Принципиально возможны возврат и смешение некоторой части отработавшего (рециркулируемого) воздуха перед сушилкой и перед калорифером (рис. 8). При заданных температуре сушильного агента и коэффициенте рециркуляции перед сушилкой в верхней схеме рисунка 8 следует нагревать незначительные количества свежего воздуха с параметрами точки А до очень высоких температур, а в нижней схеме температура нагревания в калорифере равна температуре сушильного

49

агента на входе в сушилку, однако количество нагреваемого в нем воздуха существенно выше, чем в первой схеме. Вторая схема получила в промышленности большее распространение как относительно простая в техническом отношении. Поэтому ниже будет рассматривать построение процессов и тепловой расчет для нее.

Построение процесса в Hd-диаграмме представлено на рис. 9. По выходе из сушилки отработавший влажный воздух с параметрами, соответствующими точке С, разветвляется: часть воздуха выпускается в атмосферу, а другая идет снова к вентилятору. Вместо выброшенного отработавшего воздуха подается такое же количество свежего воздуха с параметрами, соответствующими точке А. Смесь с параметрами, соответствующими точке М, нагревается в калорифере до состояния, характеризуемого точкой В1, и поступает в сушилку. По выходе из сушильной камеры поток смеси снова разветвляется и т. д. В Hd-диаграмме процесс такой сушилки без потерь изображается линией AMB1C1M. Расходы сухого свежего и уходящего из сушилки отработавшего воздуха для такой сушилки равны и определяются формулой

поскольку всю испаренную влагу уносит только отработавший воздух.

Количество циркулирующего воздуха в сушилке определяется из условия, что 1 кг смеси увеличивает в сушилке

влагосодержание от dCM до d '2 , и равно:

50

Как видно из формулы, возврат отработавшего воздуха значительно увеличивает количество циркулирующего воздуха, а, следовательно, и расход энергии на вентилятор.

Рециркуляция сушильного агента применяется, как правило, при сушке досок, различных деревянных изделий и керамических материалов, требующих во избежание растрескивания сушимых изделий большого содержания влаги в сушильном агенте. При работе без рециркуляции необходимо было бы сушильный агент (воздух) увлажнять перед вводом в

сушильную камеру и затрачивать на это дополнительную энергию.

Таким образом, применение рециркуляции позволяет вести сушку при высоких влагосодержаниях сушильного агента без расхода энергии на его увлажнение. Кроме того, при рециркуляции возможна тонкая регулировка влажности воздуха в сушильной камере, а благодаря уменьшению разности температур перед и за сушилкой улучшается качество сушки материала.

В ряде случаев рециркуляцию воздуха целесообразно применять и для материалов, не требующих сушки во влажном воздухе. Применение рециркуляции по сравнению с однократным использованием воздуха для теоретических процессов, протекающих при одинаковых конечных, но различных начальных температурах агента сушки, не дает экономии тепла,

так как треугольники ABC1 и MB1C1 (рис. 9) подобны.

Если сравнивать теоретические процессы сушки однократного использования воздуха с рециркуляцией при одина-

52

ковых начальных и конечных температурах воздуха (треугольники AB2C'1 и MB1C1 ), то в этом случае вариант с рециркуляцией будет иметь меньший расход тепла, так как углы наклона линии AC1 к оси влагосодержаний будут меньше угла наклона линии AC'1 к той же оси и так как в этом случае

AB1 MB1 .

CD1 DC1

Предельное значение кратности циркуляции k при заданных параметрах d0 , t1, t2 определяется из условия, что

d2 d0 (4):

где сП - теплоемкость водяного пара.

При выборе кратности циркуляции экономию тепла и сокращение других эксплуатационных расходов нужно сравнивать с увеличением расхода электрической энергии на привод вентилятора при рециркуляции сушильного агента, вызывающей необходимость устанавливать вентилятор большей производительности. Равным образом следует учитывать и разницу в капитальных затратах при осуществлении вариантов с рециркуляцией и без нее.

Для действительного процесса сушилки с рециркуляцией расход свежего воздуха и выхлоп отработавшего

Расход тепла

2.4.3 Сушка с промежуточным подогревом сушильного агента

Этот вид сушки применяют в многозонных установках для обезвоживания термолабильных материалов. Для предотвращения разложения материала от высоких температур сушильный агент подогревают перед каждой зоной до температуры, допустимой для материала.

Принципиальная схема трехзонной сушильной установки представлена на рисунке 10.

Рис. 10. Сушильная установка с промежуточным подогревом

54

Температура промежуточного подогрева может быть как общая всех зон (как на рис. 11) так и индивидуальная для каждой зоны.

Процесс в такой сушилке изображается ломаной линией AB1C1B2C2B3C3 . Расход воздуха для всех ступеней:

Расход тепла на 1 кг воздуха по ступеням подогрева определяется отрезками AB1, C1B2 , C2B3 . Таким образом, расход тепла за весь процесс составляет:

ql(AB1 C1B2 C2B3 )MH

1000(AB1 C1B2 C2B3 )MH .

DC3Md

Как видно из рисунка … AB1 C1B2 C2B3 AB и,

следовательно, q 1000AB MH , т.е. одноступенчатый про-

DC3 Md

цесс АВС3 имеет тот же расход воздуха и тепла, что и многоступенчатый процесс в пределах тех же параметров наружного воздуха (точка A ) и отработавшего воздуха (точка С3 ). Однако максимальная температура воздуха в процессе равна t1

вместо t .

Построение действительного процесса ведут для каждой ступени отдельно, так же как и для простой сушилки с однократным использованием сушильного агента.

56

Если из построения процессов на диаграмме известны значения d0 , d '2 , d"2 , d '''2 , то можно рассчитать количество влаги, испаряемой в каждой ступени

Исходя из теплового баланса теоретической сушилки

W1 W2 W3 .

На практике следует согласовывать статические расчеты с кинетикой сушки, поскольку увеличение влагосодержания замедляет процесс сушки. Для борьбы с этим явлением увеличивают габариты последующих зон, замедляют движение материала в этих зонах, интенсифицируют обдув материала в них и т.д.

2.5. Конструкции конвективных сушильных установок

Современная техника сушки чрезвычайно разнообразна. В подавляющем количестве случаев выбор конструкции определяется конкретными условиями работы установки.

В[4] в качестве основного фактора, определяющего выбор конструкции сушильной установки, предложен вид высушиваемого материала по его физическим и механическим свойствам. Используем его для рассмотрения конструкций конвективных сушилок.

Всвязи с задачей выбора конструкции влажные материалы делят на шесть основных групп:

57

-жидкотекучие материалы — истинные и коллоидные растворы, эмульсии и суспензии, т.е. материалы, которые можно перекачивать насосами;

-пастообразные материалы, которые не перекачиваются насосами;

-твердые дисперсные материалы, обладающие сыпучестью во влажном состояний: пылевидные, зернистые и кусковые;

-тонкие гибкие материалы: ткани, пленки, бумага, кар-

тон;

-штучные массивные, крупногабаритные материалы и изделия: керамика, элементы строительных конструкций, изделия из древесины;

-изделия, подвергающиеся сушке после грунтования, окраски, склеивания и других работ на поверхности.

Сушка жидкотекучих материалов. Для получения су-

хого материала из жидкотекучих растворов или суспензий используют распылительные атмосферные и вакуумраспылительные конвективные сушильные установки.

Распылительные сушилки наиболее распространены при производительностях 10—20000 кг/ч по испаренной влаге

всвязи с их конструктивной простотой, малым термическим воздействием на материал в процессе сушки, возможностью регулирования конечных значений влагосодержания сушимого материала, высокой экономичностью, технологической простотой процесса, из-за отсутствия таких промежуточных стадий, как фильтрация, центрифугирование, кристаллизация, размол и т. д.

Основной частью этих сушилок является камера, внутри которой сушка происходит при распылении поступающего

внее жидкого материала.

Сушимый материал распиливается в сушилке до капель, диаметр которых обычно составляет несколько десятков микрон; благодаря высокой дисперсности образуется развитая

58