книги из ГПНТБ / Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник

Тепловой баланс сушки в общем виде показан в табл. 15-2.

Для обеспечения заданной производительности в сушильной ка­ мере должны помещаться необходимые поверхности сушильного ве­ щества. Площади этих поверхностей определяют исходя из равенства (15-26). При этом площадь, необходимая для подогрева вещества до температуры сушки tz, равна

Площадь, необходимая для сушки во втором и третьем периодах, равна

f — средняя температура сушимого вещества в период подогрева, равная

j.! __ h Ч~ h .

(15-63)

k — коэффициент теплопередачи от нагретого воздуха к сушимому материалу, определяемый по формуле

где w — скорость воздуха относительно поверхности сушимого веще­ ства, м/сек.

При сушке листовых материалов (картон, листовая целлюлоза) сле­ дует учитывать, что обе поверхности листа являются тепловосприни­

317 •

Устройство воздушной сушилки и ее работа

Устройство воздушных сушилок зависит от того, для сушки каких веществ они предназначаются. В целлюлозно-бумажном производстве сушилки применяют главным образом для сушки целлюлозы, картона,

ру. Проходя между перегородками, воздух омывает поверхность полотна. Часть его возвращается в сек­ цию 4, часть проходит дальше и засасывается верхними смесительными вентиляторами 8 в секцию 6, а из нее через секцию 7 проходит обратно

всушильную камеру. Часть этого воздуха вновь поступает в секцию 6,

адругая часть отсасывается по воздуховоду 11 вытяжным вентилято­ ром 12. При этом отсасываемый воздух проходит через теплообмен­ ник 10, в котором своим теплом нагревает воздух, поступающий в су­ шильную камеру, а затем через теплообменник 13, в котором нагре­ вает воздух, подаваемый верхним нагнетательным вентилятором 14

снаружи в помещение.

Для поддержания необходимой температуры воздуха в камере под перегородками размещают трубы, обогреваемые так же, как и кало-

318

.рифер 15, паром. Описанная сушилка создает хорошее перемешива­ ние воздуха в камере, что обеспечивает интенсивную сушку. Направ­ ления движения воздуха внутри камеры показаны на рисунке стрел­ ками.

В большинстве случаев вес 1 ж3 полотна сушимой целлюлозы при­ близительно одинаков. Начальная его влажность составляет 42—48%, конечная 10—12%.

Контактная сушка

При контактной сушке сушимое вещество соприкасается с нагретой поверхностью, от которой происходит теплопередача. Испаряющаяся

тывают сушильные и сукносушиль­ ные цилиндры. Сукносушильные цилиндры 4, или просто сукносу-

шители, также вращаются и обогреваются паром.

Сушильные сукна и сукносушители не являются обязательными элементами сушильной части. В машинах с одним сушильным цилинд­ ром и в пресспатах их часто не применяют.

Влага, испаряющаяся из бумажного полотна, смешивается с воз­ духом, окружающим сушильные цилиндры, и вместе с ним вытяги­ вается вентиляторами по воздуховодам 6 с помощью вытяжного кол­ пака 5.

Особенности сушки на сушильных цилиндрах

На первых (по ходу полотна бумаги) цилиндрах происходит по­ догрев сухого вещества и влаги бумаги до температуры сушки почти без выделения влаги, что соответствует первому периоду сушки. Для подогрева отводится обычно несколько цилиндров. В связи с тем что полотно за время соприкосновения с поверхностями цилиндров на­ гревается и в промежутках между ними охлаждается, повышение тем­ пературы происходит скачкообразно.

После того как полотно нагреется до температуры сушки, начи­ нается выделение влаги; это соответствует второму периоду сушки с постоянной скоростью влаговыделения. Однако наличие межцилин­

319

дровых промежутков и сушильных сукон и в этом периоде сушки ока­ зывает свое влияние на ее равномерность.

За время соприкосновения с горячей поверхностью цилиндра к по­ лотну подводится тепло, вследствие чего происходит испарение со­ держащейся в нем влаги. В то же время одна поверхность полотна закрыта стенкой цилиндра, а другая сукном, создающим значитель­ ное сопротивление выходу паров влаги. Таким образом, выход паров из полотна происходит через толщу бумаги и сушильное сукно и встречает большое сопротивление. Для преодоления этого сопротив­ ления в полотне бумаги должно возникнуть достаточно высокое пар­ циальное давление. Как известно, с увеличением давления возрастают 'температура и теплосодержание пара. Повышение температуры паров влаги, а следовательно, и полотна бумаги, как вытекает из равенства (15-26), ухудшает теплопередачу и тем самым вредно сказывается на скорости сушки.

Кроме того, повышение температуры полотна и теплосодержания находящихся в нем паров приводит к тому, что часть тепла затрачи­ вается на их дополнительное нагревание, что также уменьшает коли­ чество выделяемой влаги. Однако это последнее обстоятельство не ухудшает сушки в целом. Дело в том, что когда полотно бумаги вы­ ходит с поверхности цилиндра из-под сукна в межцилиндровый про­ межуток, обе стороны полотна освобождаются и непосредственно со­ прикасаются с окружающим воздухом. При этом сопротивление вы­ ходу паров из полотна резко снижается, вследствие чего начинается интенсивное выделение паров и их парциальное давление внутри по­ лотна падает. Это вновь вызывает испарение влаги, на которое рас­ ходуется тепло, затраченное на дополнительное нагревание влаги и сухой части полотна. Таким образом, уменьшение выделения влаги за период, когда полотно находилось на цилиндре, компенсируется

еевыделением после выхода полотна с цилиндра.

Вмежцилиндровом промежутке к полотну тепло не подводится, поэтому, когда тепло дополнительного нагревания истратится, дальней­ шее выделение влаги быстро сокращается, после чего полотно ох­ лаждается окружающим воздухом. Следовательно, первая часть меж­ цилиндрового промежутка способствует удалению влаги, вторая вы­ зывает вредное охлаждение полотна бумаги, так как для доведения его температуры до состояния влаговыделения потребуется лишняя затрата тепла на следующем цилиндре.

Таким образом, в этом периоде сушки температура полотна и ско­ рость сушки также изменяются скачкообразно и сохраняются по­ стоянными лишь их средние значения.

Впоследнем, третьем, периоде сушки, очевидно, скачкообразность изменения температуры и скорости сушки тоже сохраняется, но сред­ няя величина температуры полотна постепенно увеличивается, а сред­ няя скорость сушки уменьшается. На рис. 15-7 показаны кривые, характеризующие изменения температуры полотна и скорости сушки по длине от начала до конца сушильной части машины.

Рассматривая влияние сушильных сукон на сушку бумаги мы ви­ дели, что они создают повышенное сопротивление выходу паров влаги

320

из полотна бумаги, приводящее к увеличению его температуры и умень­ шению теплопередачи от цилиндров к полотну.

В этом заключается отрицательное влияние сукон. Для уменьше­ ния его необходимо по возможности снизить сопротивление, созда­ ваемое сукнами при прохождении через них паров влаги. У сукон по­ ристая структура; чем больше поры и чем меньше они заполнены вла­ гой, тем ниже сопротивление. Поэтому сукна сильно натягивают и сушат на сукносушильных цилиндрах.

Наряду с отрицательным, есть и положительное влияние сукон на сушку. Сильно натянутые сукна плотно прижимают бумагу к поверх-

Рис. 15-7. Графики температуры полотна t и скорости сушки о в сушильной части бумагоделательной машины

ности цилиндров, исключая прослойку воздуха или водяного пара между бумагой и греющей поверхностью. Такая прослойка обладает весьма плохой теплопроводностью, и ее исключение заметно увели­ чивает коэффициент теплопередачи. В результате этого в большинстве случаев применение сукон приводит к улучшению теплопередачи и таким образом способствует сушке.

При сушке полотна бумаги на сушильных цилиндрах, как уже от­ мечалось, выделение влаги происходит с одной стороны полотна во время соприкосновения с греющей поверхностью, а в межцилиндро­ вых промежутках — с обеих сторон, но лишь в самом начале проме­ жутков. В связи с тем что поверхность, с которой выделяется влага между цилиндрами, мала по сравнению с греющей поверхностью, по­ следнюю приближенно считают равной поверхности сушки.

Вентиляция сушильной части

При контактной сушке влага из сушимого полотна выделяется в соприкасающейся с ним слой воздуха и затем распространяется по всему его объему. Вследствие этого влагосодержание воздуха увели­

321

чивается и парциальное давление содержащихся в нем паров влаги возрастает, ухудшая сушку.

Для того чтобы парциальное давление паров не превысило опреде­ ленной величины, увлажненный воздух следует непрерывно удалять и заменять свежим с небольшим влагосодержанием; для этого сушиль­ ная часть машины должна быть оборудована вентиляцией. Принци­

под вытяжным колпаком 2 и по вытяжному воздуховоду 3 поступает в теплообменник 5, из которого вытягивается вентилятором 4 и по воз­ духоводу 6 выбрасывается наружу.

В теплообменнике нагретый влажный воздух отдает свое тепло по­

Х 2— Х г

При этом парциальное давление паров влаги в уходящем увлаж­ ненном воздухе равно

322

Чем больше количество L подаваемого воздуха, тем меньше влагосодержание х 2 и, следовательно, ниже парциальное давление р.2, что способствует сушке.

Однако чрезмерное увеличение количества подаваемого воздуха связано с установкой мощных вентиляторов, громоздких воздуховодов и теплообменников, а также с повышенным расходом тепла на подо­ грев воздуха и энергии на его подачу. Поэтому обычно допускают от­ носительную влажность ер уходящего воздуха около 0,85 при его на­ греве до температуры 50—60° С, чему соответствует парциальное дав­ ление р 2 паров влаги, равное 10 700 — 17 300 н/м2, и влагосодержа-

ние х2, равное 0,065 — 0,126 кг/кг.

Расчет контактной сушки и ее тепловой баланс

Для расчета сушки задается часовая производительность G кгіч сухого вещества, его начальная w± % и конечная да2 % влажность.

Количество влаги, содержащееся в веществе, равно:

Примем, что воздух, подаваемый для сушки, имеет начальную темпе­ ратуру Оц, начальную относительную влажность фх, конечную темпе­

Рн,

Фі—г

Парциальное давление паров влаги в воздухе после сушки равно

323

Этому парциальному давлению по графику (рис. 15-1) соответст­ вует температура насыщения Температура поверхности испарения вещества равняется tn. Его нагреваемая поверхность (соприкасаю­ щаяся с сушильным цилиндром) имеет более высокую температуру,

где A t — перепад температуры, который составляет 3—5° С и имеет большое значение для более толстого материала (картон, бумага, цел­ люлоза).

Температуру /3 сушимого вещества в конце сушки и его среднюю температуру t" во втором и третьем периодах приближенно опреде­ ляют по формулам:

Вформулах (15-77) и (15-78):

Ф— температура греющего пара в цилиндрах сушильной части;

f— средняя температура сушимого вещества в период его по­ догрева, равная

(15-79)

_ коэффициент теплопередачи в период подогрева, опреде-

324

k 2:3 — коэффициент теплопередачи во втором и третьем периодах сушки, определяемый по формуле

Значения этих коэффициентов в среднем можно принять равными

Если коэффициент использования поверхности цилиндров сушиль­ ной части (включая их торцовые поверхности) ß, то общая поверхность цилиндра равна

Поверхность цилиндров, соприкасающаяся с воздухом, равна

Если поверхность сукносушителей, соприкасающаяся с воздухом, равна FBC, то тепло, отдаваемое цилиндрами окружающему воздуху, равно

Здесь а ’ — коэффициент теплоотдачи от стенки цилиндра к воздуху, который принимают равным 40 кдж!м2-ч-град\

325

Фз — температура воздуха, поступающего в сушильную часть. Тепло Qi частично теряется воздухом. Если коэффициент исполь­ зования этого тепла т) (можно принять г) = 0,7), то тепло, восприня­

тое воздухом, равно

Qe = Q ^;

Для использования этого тепла уходящий воздух направляют в тепло­ обменник, где происходит нагревание свежего воздуха, который вос­ принимает тепло

гдеО’а — температура свежего воздуха после теплообменника;

. L' — количество свежего воздуха.

При замкнутой системе вентиляции сушильной части L' — L, при разомкнутой L' ^ 1,1 L. В последнем случае для сушки используется лишь L кг воздуха, поэтому использованное от теплообменника тепло равно

326