Сушильные установки
Естественная и искусственная сушка материалов.
Сушкой называется термический процесс удаление влаги, содержащейся в твердых материалах или растворах путем ее испарения.
Применение сушки на ТЭС - Подсушка твердого топлива.
Механическое обезвоживание может быть более экономично, однако оно применимо для материалов, допускающих деформацию.
Различают естественную и искусственную сушку.
Естественная сушка - на открытом воздухе.
Недостаток – большая продолжительность, зависимость от времени года, состояния воздуха
Искусственная сушка производится в специальных устройствах - сушилках, в которых сушильный агент отводится искусственным способом: при помощи вентиляторов, вытяжных труб, инжекторов и других устройств.
Различают различные формы связи влаги с материалом:
- химическую;
- физико - химическую в нестрого определенных отношениях;
- механическую связь (содержание воды в неопределенных отношениях).
При сушке удаляется влага связанная механически и физико-химически.
В процессе сушки влага перемещается из внутренних слоёв к поверхности и из неё испаряется.
Количество испаренной влаги W со свободной поверхности F пропорционально:
- поверхности испарения F;
- времени ()tay;
- коэффициенту диффузии;
- молекулярной массе влаги;
- разности парциальных давлений максимально возможного и истинного.
Между количеством испаренной жидкости W и количеством затраченного на испарение тепла Q существует зависимость
Q=W*r,
где r - теплота парообразования
Q=*F*(tв –tпж)*,
tв- температура воздуха;
tпжt- температура на поверхности испаряющейся жидкости;
W=F***(tc-tm)/r
tс– температура сухого термометра;
tm- температура мокрого термометра;
Расчет конвективных сушилок с однократным использованием горячего воздуха
Материальный баланс продукта, подвергающегося сушке.
В сушильной технике устанавливаются два понятия влажности материала:
-влажность на общую массу, применяемую в тепловых расчетах процессов сжигания топлива
w=W/G*100= W/(Mc+W)
- влажность на абсолютно сухую массу
. W = W/Mc
Расход воздуха и тепла для испарения 1 кг влаги.
Уравнение материального баланса сушилки согласно обозначениям на рисунке
M1*w1/100 + L0*d0/100 = M2*w2/100 + L2*d2/100
Принимаем, что присосы и утечки воздуха отсутствуют L0=L1=L2 =L=const
(M1*w1-M2*w2)/100 = L*(d2-d0)/1000,
(M1*w1-M2*w2)/100=W
W= L*(d2-d0)/1000, W/L=l ; l =1000/(d2-d0)
L, H, d, φ, t – соответственно расход воздуха, его энтальпия, влагосодержание, относительная влажность, температура.
Индексы: 0 – соответствует состоянию воздуха перед сушкой,
1 – состояние воздуха после нагрева в калориметре,
2 – состояние воздуха на выходе сушке.
Принципиальная схема и процесс теоретической сушилки на Н – d диаграмме
1 – вентилятор, 2 – калорифер, 3 – сушильная камера, 4 – дополнительный нагреватель
Определим расход тепла на 1 кг испаренной влаги
Если каждый кг сухого воздуха нагревается от t0 от t1, причём энтальпия его при этом увеличивается от Н0 до Н1, а для испарения 1кг влаги нужно затратить 1 кг сухого воздуха, то расход тепла на его нагревание
q=l*(H1-H0)=(H1-H0)/(d2-d0)*1000, кДж/кг испаренной влаги.
Расчет теоретической сушилки по Н- d диаграмме
Теоретической называют воображаемую сушилку с предварительным подогревом сушильного агента, в которой отсутствуют потери тепла в окружающую среду, нагревание транспортных средств и высушиваемого материала и в которой температура материала на входе и выходе из сушильной камеры равна 0 0С.
Тепловой баланс теоретической сушилки имеет вид
L0*H0+Qk=L1*H1=L2*H2?
Где Н0 – энтальпия влажного воздуха, поступающего в подогреватель, кДж/кг сх.возд.;
Н1- - энтальпия влажного воздуха после подогревателя при входе в сушилку , кДж/кг сх.возд;
Н2- - энтальпия влажного воздуха за сушилкой , кДж/кг сх.возд;
Qk - количество тепла, сообщенное воздуху в подогревателе, кг/кДж/кг сх. Взд.
При L0= L1= L2 =const имеем Н0= Н1= Н2 , показывающее, показывающее, что в теоретической сушилке процесс сушки идет при постоянной энтальпии влажного воздуха.
На диаграмме Н – S линия АВ соответствует подогреву воздуха в калорифере от температуры t0 до температуры t1 . Процесс сушки – затрата тепла на испарение влаги и влагообмен между воздухом и высушиваемым материалом – идет по линии Н= const и изображается отрезком ВС.
Расход воздуха в теоретической сушилке
l =1000/(d2-d0)=1000/DCMd
(d2-d0) - соответствует отрезку DC,
Md – масштаб по оси влагосодержаний,
Расход тепла в калорифере на 1 кг испаренной влаги
q=(Н1- Н0) /(d2-d0)*1000=ABMl/DCMd
Основным условием работы теоретической сушилки является равенство
Н1= Н2=const
При этом расход тепла на подогрев воздуха
q=l*(H1-H0)= l* (H2-H0)
Можно записать H2=c2*t2+x2*hn2
H0=c0*t0+x0*hn0
Где х2 = 0,001*d2 и х0 = 0,001*d0 – влагосодержание сушильного агента , кг/кг сух. Возд.
hn2 и hn0 - энтальпия водяных паров, содержащегося в воздухе, кДж/кг;
Теплоемкость сухого воздуха считаем независимой от температуры, т.е. принимаем, что с2=с0=св.
Подставив эти величины в предыдущую формулу, получим
q= l*(cb*t2+x2*hn2 ) - l*(cb*t0+x0*hn0)
Прибавив к правой части этого равенства и вычтя из него величину l*x0*hn2 и приняв во внимание, что l=1/(x2-x0), после несложных преобразований получим выражение для удельного расхода тепла, представляющее собой по существу уравнение теплового баланса сушилки
q=l*[cb*(t2-t0)+x0*(hn2-hn0)+hn2
Из полученного выражения видно, что в теоретической сушилке имеются следующие расходы тепла:
- q1 = hn2 -расход тепла на испарение влги из материала;
- q2 = l*cb*(t2 - t0) - потери тепла с сушильным агентом, входящим в сушилку с температурой е0 и выходящим из нее с температурой е2;
- q3 = l* x0*(hn2 - hn0) - потери тепла вследствие увеличения энтальпии транзитной влаги, содержащейся в сушильном агенте при входе в сушилку.
Расчёт сушки с однократным использованием воздуха.
Влага в материалах
может находиться в связанном и не
связанном состоянии. Обычно влажность
материалов определяется относительной
влажностью выраженной в процентах.
Количество влаги, которое может
содержаться записывается:
,
кг.
ω – относительная влажность
G1
– общая масса;
W – влага;
G – масса сухого материала.
В процессе сушки удаляется не вся влага, а только её часть.
Материал до
сушки:
После сушки:
W – количество удалённой влаги
(1)
Теоретическая сушка – условная сушка в процессе, которая происходит без теплообмена с окружающей средой, а энтальпия транспортных средств и температура высушиваемых материалов равны 0. Процесс сушки представляется на диаграмме H-d. в виде линии Н = const
(2)
d2 – влагосодержание воздуха в конце процесса сушки
d0 – влагосодержание воздуха в начале сушки
Выражение (2) разделим на W
(3)
(4) – количество
воздуха необходимое для удаления одного
кг. влаги.
- энтальпия водяных
паров, которые содержатся в воздухе.
- количество тепла,
необходимое для удаления 1кг. влаги
кДж/кг влаги.
Тепловой баланс теоретической сушки.
H=const ; H1=H2.
;
;
;
q2 – тепло, которое уносится с воздухом на выходе из сушильной камеры за счёт повышения температуры от t0 до t2;
q3 – потери тепла из-за повышения (влажности) энтальпии водяных паров;
q1 – тепло, полезно используемое при сушки материала.