Здесь рассмотрен принцип работы теплоносителя с начальной температурой 363 К в первой зоне. Аналогич­ но с начальной температурой 338 К работает он и во второй зоне. Однако скорость циркуляции в ней несколь­ ко выше. Отбор теплоносителя после работы во второй зоне производится по аналогичной схеме вентилятором. Часть отработанного теплоносителя (около 20%) вы­ брасывается в атмосферу, остальная возвращается в тепловой генератор на рециркуляцию.

Запроектированный удельный расход теплоты такой сушилки 5000—6000 кДж/кг испаряемой влаги.

Ранее указывалось, что перспективным является и второе направление, заключающееся в создании щеле­ вых сушилок, рассчитанных на один ряд изделий. В на­ стоящее время созданы щелевые установки только для сушки керамической плитки. Установки для сушки кир­ пича и более крупных изделий находятся пока в стадии разработок.

9.4. Принципы теплового и аэродинамического расчета сушильных установок

Тепловой расчет сушилок начинают с составления материального и теплового балансов, в которых уста­ навливают удельные и общие расходы теплоты и су­ шильного агента. Далее составляют аэродинамический баланс, диаграмму сопротивлений, производят подбор сечений подводящих и отводящих каналов. По диаграм­ ме сопротивлений производят аэродинамический расчет сопротивлений и выбирают необходимые вентиляторы.

9.4.1. Расчет материального баланса

По заданной годовой производительности сушилки G определяют часовую производительность G4

1, для статей расхода — индекс 2, тогда

влаги, тогда можно записать соответственно GMl= GCM+

Количество влаги, поступающей с материалом в су­ шилку, и количество остаточной влаги в материале после сушки может быть представлено в виде абсолют­ ной влажности поступающего материала. GCM^i/100 и абсолютной влажности выгружаемого материала GCMWVIOO. Тогда в сушилке можно представить качест­ во испаряемой влаги.

Можно также представить количество влаги, ассими­ лированное сушильным агентом: AGBn = GCa2—Gcai, или AGBn = GBn2—GBni. Количество водяных паров, равное количеству влаги, испаряемой из материала ДОвл= = GM1—Gm2, уносится из сушилки отработанным су­ шильным агентом.

Обозначим влагосодержание сушильного агента со­ ответственно при входе в сушилку через d\ и при выхо­ де из нее через d2>г/кг сухого воздуха. Чтобы испарить 1000 г влаги в сушилке, надо затратить неизвестное ко­ личество (/о кг) сушильного агента, при этом его влаго­

Здесь *7м2—9MI= ? M—теплота, израсходованная на нагрев материала; qT2—^TI = ^T—теплота, израсходован­ ная на нагрев транспорта. Тогда уравнение теплового баланса на 1 кг испаряемой влаги можно записать в окончательном виде

Решать аналитически уравнение теплового баланса трудно, а потому прибегают к графическому решению, используя /d -диаграмму.

9.4.3. Теоретический процесс сушки в /d -диаграмме

Рассмотрим схему процесса сушки (рис. 9.12,а). Материал, начальная масса которого GM1 и влагосодержание Uи поступает в сушилку 3, проходит по ней и высушивается. Конечная масса выгружаемого материа­ ла — Gм2, при этом его влагосодержание снижается до

^2.

Вентилятор 1 забирает из атмосферы воздух с пара­ метрами Ти dj, фь /ь На /d -диаграмме найдем точку Л, соответствующую этим параметрам (рис. 9.12,6). При­ няв линию ф! за относительную влажность наружного воздуха, спустимся по линии ф! (линии постоянной отно­ сительной влажности) до пересечения с изотермой Т\ (температурой наружного воздуха). Наружный воздух вентилятором 1 подается в тепловой генератор.

В качестве теплового генератора принят генератор, используемый для подготовки теплоносителя — нагрето­ го воздуха (см. рис. 7.1). В таком генераторе наружный воздух подогревается от температуры Т\ до температуры T2i на что затрачивается количество теплоты QT. Воздух проходит через межтрубное пространство нагревателя, но с рабочим телом не смешивается, поэтому влагосо­ держание его не изменяется; d i= d 2.

Пусть из теплового генератора нагретый воздух (да­ лее будем называть его сушильным агентом) выходит с параметрами Т2\ dx= d 2 (точка В0 на /d -диаграмме). Чтобы найти эту точку, надо из точки А провести пря­ мую, параллельную линиям постоянного влагосодержания (d=const) до изотермы Т2 (см. рис. 9.12,в).

Сушильный агент, характеризуемый точкой В0 с эн­ тальпией / 2, подается в сушилку, где в качестве рабоче­ го тела используется для сушки материала. Сушильный

б)

Рис. 9.12. Схема построения и расчета процесса сушки в Jd-диа­ грамме

а — технологическая схема; б — построение теоретического процесса; в — по* строение действительного процесса

агент, ассимилируя влагу, приобретает большее влагосодержание и с параметрами в точке С0 удаляется из су­ шильной установки вентилятором 4 (см. рис. 9.12,а). Чтобы отыскать точку С0, строят сначала теоретический процесс сушки.

Под теоретическим процессом сушки понимают идеальный (воображаемый) процесс, в котором отсутст­ вуют все потери тепловой энергии. В этом случае тепло­ вая энергия расходуется только на испарение влаги, но влага в виде водяных паров с энергией, затраченной на

ее испарение, возвращается в сушильный агент. Для та­ кого теоретического процесса сушки может быть записа­ но уравнение теплового баланса (9.15)

Проведем эту линию из точки В0 (см. рис. 9.12,6). Если полностью израсходовать энергию сушильного агента, то процесс сушки закончится в точке пересечения изоэн­

ведут до ф порядка 85—90%. Например, закончим тео­ ретический процесс сушки при фз=90 %. Тогда точка С0 лежит на линии изоэнтальпии, проведенной из точки В0

при пересечении ее с ф=90%=фз, отметим эту точку на диаграмме. Параметрами, характеризующими точку Со, будут Tj— тСо (проведем данную изотерму из точки

В действительном процессе сушки, как показывает уравнение теплового баланса (9.15), / 2 не равно / 3. Это уравнение для реального процесса можно переписать в другом виде

дет отличаться от энтальпии сушильного агента, посту­ пающего в сушилку / 2, на величину: Д=(<7д-|-двл—9М—

—qT—qoc), где 9Д— дополнительно вводимая теплота в установку; qBл — теплота, поступившая с 1 кг влаги ма­ териала; qM, 9т, 9ос — соответственно потери теплоты на нагрев материала, на транспорт и в окружающую среду, вычисленные из расчета на 1 кг влаги, испаряемой в су­ шилке. Следовательно, действительный процесс сушки

энтальпии; 2) Д >0, тогда (9д+9вл ) > (?м+9т+9ос), от­ сюда / 3> / 2, и политропа процесса пойдет выше линии

литропа процесса пройдет ниже линии изоэнтальпии. Отсюда уравнение (9.21) для общего случая может

иметь вид

ческий процесс по тем же данным, что и на рис. 9.12,6. Обозначим его теми же буквами —у4В0С0Ь 0. Далее установим величину отрезка, откладываемого от точки С0, на который политропа процесса пройдет ниже или выше изоэнтальпийной линии теоретического процесса. Обозначим этот отрезок С0/С, или в масштабе диаграм­ мы CQKMi. Очевидно, он должен быть численно равен разности / 3—/ 2. Отсюда можно записать

Подставив значение /0 из (9.17), получим С0/( =

= A/[(lOOOMi/CoD0Md)]. Заменим 1000MilMd=tny полу­ чим

СоД=ДС0Оо/ш. (9.24)

Далее по теплотехническим формулам определим до­ полнительную теплоту, поступившую в сушилку из рас­ чета на 1 кг влаги, а также потерянную теплоту на на­ гревание материала, его транспортирование и в окру­ жающую среду.

В большинстве случаев в сушилку дополнительная теплота не вводится, а потери на <7м+9т+*7оС преобла­ дают над потерями на qBл. Для такого случая и по­ строим отрезок С0К (см. рис. 9.12, в). Отложим верти­ кально вниз от точки С0 вычисленный отрезок в милли­ метрах и из точки В0 через точку К проведем политропу действительного процесса. На пересечении политропы с линией ф=90 % по аналогии с нахождением точки С0 найдем точку С. Соединив точку С, параллельную оси d, линией с AB0l на их пересечении получим точку D.

Отрезок CD в масштабе /d -диаграммы показывает то действительное количество влаги (в г), которое может ассимилировать 1 кг работающего сушильного агента с данными параметрами в конкретной сушилке. Тогда по аналогии с формулой (9.17) для процесса сушки (поте­ ри q00 и qT взяты для конкретной сушилки) можно запи­ сать удельный расход сушильного агента

Для приготовления 1 кг сушильного агента в дейст­ вительном процессе потребовалось нагреть воздух от точки А до точки В0 (см. рис. 9.12, в). Согласно формуле qQ= lo{h—Л), напишем

или по аналогии с (9.20) эту формулу можно записать

Для построения действительного процесса необяза­ тельно находить точку С0. Можно найти точку В0 и оп­ ределить направление линии изоэнтальпии, затем взять на ней любую точку, например точку е, и провести из нее линию, параллельную оси d до пересечения с АВ0. Точку пересечения обозначим /. Тогда по формуле легко

найти отрезок еЕ, характеризующий отклонение поли­ тропы от изоэнтальпийной линии в точке е

еЕ=кеЦт. (9.28)

Для доказательства сравним два подобных треуголь­ ника: B0C0DQ с B0ef и В0С0К с В0еЕ. Из подобия можно записать

Так как отношения отрезков равны, то равны и углы наклона политропы, проведенной из точки В0 через точ­ ку К и из точки В0, проведенной через точку Е.

На основании проведенных расчетов можно строить действительный процесс сушки. Для этого находят точку В0, берут любую точку, например е на изоэнтальпийной линии, проходящей через В0, соединяют точку е линией, параллельной оси d, с прямой АВ0, получают точку / и по формуле eE=keflm находят направление политропы. На политропе находят точку С и далее определяют удельный расход сушильного агента ед и удельный рас­ ход теплоты на приготовление сушильного агента дд.

9.4.5. Процесс сушки с частичным использованием отработанного сушильного агента

Процесс сушки с частичным использованием отрабо­ танного сушильного агента (с рециркуляцией) затраги­ вался при изложении туннельных сушилок. В настоящее время этот процесс позволяет упростить применение си­ стем автоматического регулирования. Кроме того, ис­ пользование рециркуляции при сушке изделий способ­ ствует улучшению их качества.

Технологическая схема процесса сушки с рециркуля­ цией показана на рис. 9.13, а. Наружный воздух с пара­ метрами Т0 и фо (параметры d0 и 70 находим на /d -диа­ грамме) забирается из атмосферы вентилятором 1 и по­ дается в смесительную камеру 2, куда одновременно по­ дается рециркулят (отработанный сушильный агент). Смесь наружного воздуха с рециркулятом поступает в тепловой генератор 3, где нагревается до температуры Т2 без увеличения влагосодержания (d2= d 1) . После на­ гревания сушильный агент подается в сушильную уста­ новку 4, где ассимилирует влагу от материала, затем с параметрами Т3, d3, ф3, / 3 вентилятором 5 выбрасывается

в атмосферу. Часть отработанного сушильного агента опять возвращается в смесительную камеру 2.

Процесс сушки с рециркуляцией (рис. 9.13,6) строим следующим образом. Находим точку Л, характеризую­ щую наружный воздух. Определяем температуру Т2, ко­

смесительной камере 2 (рис. 9.13,а). Процесс смешива­ ния идет по линии AN (рис. 9.13,6). Точка N характери­ зует параметры смеси, которые определяются по ./d-диа­ грамме. Смесь, характеризуемая точкой N (а не воздух), подогревается в тепловом генераторе до температуры Т2 (см. точку L и параметры Т2, d2y <рг, h ) и поступает в сушилку. Здесь сушильный агент также ассимилирует

с воздухом. Используя формулы (9.25) и (9.27) для про­ цесса с рециркуляцией, можно определить удельные рас­ ходы сушильного агента и теплоты

1. /д р > /д , так как CM<cCD. Следовательно, при ре­ циркуляции сушильного агента на испарение 1 кг влаги надо подавать в сушильную установку больше.

2. <7дР=*7д, так как AB0/C D = N L/СМ (треугольник АВ0С подобен треугольнику NLC), a CD и СМ —■их вы­ соты. Поэтому расход теплоты в процессах с рециркуля­ цией и без нее одинаков. Однако начальная температура Т < Т Во, а начальное влагосодержание d0 меньше du сле­ довательно, режим сушки изделий при рециркуляции бу­ дет способствовать улучшению их качества.

Здесь приведены основы графоаналитического расче­ та удельных расходов сушильного агента и теплоты. Зная количество влаги, испаряемое в сушилке за едини­ цу времени, можно рассчитать процесс сушки, т. е. не­ обходимые расходы тепловой энергии и сушильного агента за 1 ч, одну смену, 1 сут и за год.

Аэродинамический расчет сушильной установки, его составление и расчетная схема аэродинамических сопро­ тивлений приведены в гл. 5 (см. 5.3.2 и 5.4). По данным аэродинамического расчета выбирают вентиляционные установки.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

/. Какой процесс называют процессом сушки?

2.В чем суть критического влагосодержания?

3.Из каких величин складывается суммарный поток влаги внут­ ри материала и от чего он зависит?