17.9. Расчет сушилок

Наилучшим и теоретически обоснованным подходом к расчету сушилок явилось бы решение системы дифференциальных уравнений движения, неразрывности, нестационарной конвективной диффузии и теплопроводности для газовой и твердой фаз с соответствующими конкретными условиями однозначности. Однако такой подход чрезвычайно сложен и реализуем лишь для самых простейших случаев. В инженерной практике используются упрощенные методики, основанные на ряде допущений. Во многом они схожи с методиками расчета адсорберов, рассмотренными в разделе 16.8. Учитывая многообразие способов сушки и конструкций сушилок сложно предложить общую методику их расчета. Конкретные методики приведены в специальной литературе [7, 47, 55 57]. Рассмотрим основные этапы расчета на примере непрерывных конвективных воздушных сушилок.

Исходными данными для проектного расчета, как правило, служат: массовый расход исходного G₁ или высушенного G₂ материала, его начальная w₁ и конечная w₂ влажность, начальная температура и другие характеристики (размер, фракционный состав и т.д.), давление в сушилке, параметры свежего воздуха, его температура после калорифераТ₁ и конечная температура на выходе из сушилки Т₂.

На первом этапе из уравнения материального баланса (17.21) или (17.21а) определяют расход удаляемой влаги ; задаваясь конечной температурой материала, как правило, соответствующей температуре мокрого термометраТ_м для первого периода сушки и на несколько градусов ниже конечной температуры воздуха Т₂ для второго, а также тепловой нагрузкой дополнительного калорифера , из уравнений (17.27)(17.29) находят внутренний тепловой баланс сушилки; по уравнению (17.35) надиаграмме проводят линию реальной сушки и с ее помощью по конечной температуре воздуха определяют влагосодержание воздуха на выходе из сушилки(рис.17.5); из уравнения (17.23) находят необходимый расход воздухаL; в соответствии с конструктивными особенностями сушилки и характеристиками материала, пользуясь имеющимися рекомендациями, выбирают скорость газа, а затем рассчитывают площадь поперечного сечения сушилкиS

. (17.48)

На втором этапе необходимо определить объем V и высоту H (длину l) сушилки. Это наиболее сложная задача, требующая знания кинетики процесса. Для ориентировочных расчетов или в качестве начального приближения можно использовать такую характеристику сушилок как объемное напряжение по влаге ,кг/(м³ч), приводимую в справочной литературе и зависящую от конструкции сушилки, свойств материала и условий проведения процесса

, (17.49)

. (17.50)

Зная площадь поперечного сечения и высоту (длину) аппарата можно выбрать нормализованную сушилку и произвести ее поверочный расчет, уточнив скорость газа в нормализованной сушилке.

Зачастую сушка проводится в первом периоде. В этом случае можно считать коэффициент массопередачи постоянным и равным коэффициенту массоотдачи в газовой фазе (разд.17.7), а влагосодержание на границе раздела фаз соответствующим температуре мокрого термометра и () в уравнении (17.38). Тогда объем сушилки можно найти из модифицированного уравнения массоотдачи

. (17.51)

Для сушилок, структура потока в которых близка к идеальному вытеснению (барабанных, пневматических с монодисперсным материалом), а движение фаз прямо- или противоточное среднюю движущую силу можно считать среднелогарифмической

. (17.52)

Для сушилок с перекрестным движением фаз (туннельных, ленточных, петлевых) в выражение (17.52) вводится множитель менее единицы по аналогии с (10.12). Объемные коэффициенты массоотдачи вычисляются по эмпирическим уравнениям.

Если в процессе сушки необходимо удалять не только свободную, но и связанную влагу, т.е. он проводится как в первом, так и во втором периодах, то расчет усложняется. Коэффициент массопередачи во втором периоде будет уменьшаться, что не позволяет использовать основное уравнение массопередачи, кроме того будет изменяться и температура материала. В этом случае для расчета непрерывной сушилки можно воспользоваться кинетическими кривыми, полученными для периодической сушки в аналогичных условиях (разд. 17.7). При этом можно предположить, что объемы сушилки необходимые для удаления влаги в первом и втором периодах будут пропорциональны их продолжительности.

При этом расход влаги, удаляемой в первом периоде , можно найти из уравнений (17.21) или (17.21а), заменив в нихна. Объем сушилки для удаления влаги в первом периодеможно определить из уравнений (17.51), (17.52), заменив в последнемна, ана. Величинунайдем из уравнения материального баланса

, (17.53)

а для определения вначале на линии реальной сушки находится поточка окончания первого периода сушки, а для нее точка пересечения линий адиабатической сушки (=const) и =100% (разд.17.2).

Далее можно получить объем сушилки необходимый для удаления влаги во втором периоде с использованием (17.43) и (17.46)

. (17.54)

Общий объем сушилки может учитывать и дополнительный объем , необходимый для прогрева материала (начальный период) отдо, определяемый из уравнения теплопередачи

. (17.55)