Методички для специальности "Машины и аппараты..." / Калишук_ПиАХТ_Ч

При адиабатической сушке влага из материала испаряется за счет отбора тепла от воздуха и его охлаждения. На другие цели тепло не используется, потери отсутствуют. Но все тепло возвращается с парами влаги опять в газовую среду. Поэтому теплосодержание влажного воздуха не меняется. Идет понижение температуры воздуха, увеличение его влагосодержания и относительной влажности. Процесс отслеживают по I-x-диаграмме по линии равных энтальпий

I-x-диаграмма для теоретической сушилки.

Для воздушной сушилки вертикально СА можно изобразить нагрев воздуха перед подачей в сушилку. Начальные параметры воздуха: t0, x0, , I0.

Материальный и тепловой балансы сушилки

Количество удаляемой влаги:

1.по материалу в целом

2.по влаге в материале

3.по абсолютно сухому материалу

(

4.по сушильному агенту (воздуху)

(

Удельный расход воздуха на сушку.

Расход тепла на сушку в теоретической сушилке.

(

Удельный расход тепла на сушку в теоретической сушилке.

В действительной сушилке удельный расход тепла на сушку больше, чем в теоретической на .

сушилки, деленную на разность влагосодержаний.

На I-x-диаграмме это отображается следующим образом для действительной сушилки.

Действительная сушилка может работать также с частичным подогревом сушильного агента в сушильной камере, с промежуточным обогревом по зонам, с рециркуляцией части сушильного агента и т.д. Это позволяет либо создавать мягкие условия сушки, либо снижать расход свежего сушильного агента.

Движущая сила сушки. Скорость сушки

Движущую силу сушки можно выразить через разность концентраций влаги, через разность температур. Обычно ее выражают через параметры сушильного агента. Концентрацию влаги в сушильном агенте можно опосредовать через парциальное давление ее паров. В этом случае движущая сила сушки – разность парциальных давлений паров влаги над поверхностью материала и в окружающем сушильном агенте.

Величина движущей силы во многом зависит от влажности материала, от формы связи влаги с материалом. От движущей силы пропорционально зависит скорость сушки. Если высушивать образец при постоянных параметрах сушильного агента, то получим следующую зависимость изменения его влагосодержания во времени.

Продифференцировав влагосодержание по времени, получим скорость

На графике явно выражено 3 участка: прогрева материала, постоянной скорости сушки, падающей скорости. При этом температура поверхности материала будет изменяться следующим образом. Сначала материал подогревается до температуры мокрого термометра, при этом растет давление паров влаги над материалом (движущая сила). При достижении температуры мокрого термометра скорость сушки становится максимальной при tм давление паров влаги над поверхностью материалов равно давлению насыщения. При этом с постоянной скоростью удаляется свободная влага. После того как удалена свободная влага давление паров ее над поверхностью материала становится меньше равновесного, движущая сила уменьшается и скорость сушки падает. Влагосодержание материала на границе совместного существования свободной и связанной влаги называется гигроскопичным. После достижения точки гигроскопичного влагосодержания скорость процесс определяется скоростью диффузии влаги в твердом материале. Температура материала растет, а скорость сушки падает. В определенный момент устанавливается диффузионное (pн.п.=pокр.ср.) и термодинамическое (tм=tвозд.) равновесие. Скорость сушки равна 0, материал достигает равновесного влагосодержания.

При удалении свободной влаги скорость процесса сушки определяется скоростью переноса влаги в газовой фазе, при удалении связанной влаги – диффузионным сопротивлением в твердой фазе. Движущая сила сушки растет при увеличении температуры сушильного агента и снижении давления. Поэтому сушку под вакуумом применяют для увеличения скорости процесса удаления влаги.

Последовательность расчета сушилки

1.Расчет параметров сушильного агента.

2.Расчет материального баланса (количество удаляемой влаги, расход материала, сушильного агента).

3.Расчет теплового баланса (расчет тепловой мощности калорифера,

топки).

4.Расчет размеров сушилки ( коэффициентов массоотдачи, теплоотдачи, движущей силы).

5.Конструктивные, гидравлические расчеты.

Конструкции сушилок

Классификация сушилок по способу подвода тепла была рассмотрена ранее. По виду теплоносителя – воздушные, газовые, паровые.

По давлению – атмосферные, вакуумные.

По организации процесса – непрерывные и периодические.

По взаимному направлению движения сушильного агента и материала: прямоточные, противоточные, перекрестноточные.

Классификация по конструктивному признаку очень широка.

К конвективным сушилкам относятся камерная, туннельная, ленточная, барабанная, кипящего слоя, сушилка-труба (пневмосушилка), распылительная.

Контактные сушилки: сушильные шкафы, гребковая, вальцовая. Камерная сушилка.

Ленточная сушилка.

1-корпус; 2- бесконечная лента; 3- приводной барабан; 4-натяжной барабан; 5-калорифер; 6-вентилятор.

Для сушки сыпучих, пастообразных материалов. Громоздка, сложна, много механических движущихся частей. Легко организовать мягкие условия сушки.

Барабанная сушилка.

1-барабан; 2-венцовая шестерня; 3-приводная станция; 4-опорная станция; 5- опорно-упорная станция; 6-бандаж; 7-загрузочная камера; 8- разгрузочная камера; 9-насадка.

Для сушки зернистых кусковых материалов. Высокопроизводительна, высокоэффективна. Недостатки – необходимость мощных приводов, наличие вращающихся частей.

Сушилка кипящего слоя. 1-корпус; 2-решетка.

Для сушки сыпучих зернистых материалов. Простота, высокоэффективна. Недостатки – большой унос пыли, значительное гидравлическое сопротивление.

Распылительная сушилка.

1-корпус; 2- распылитель.

Для сушки сыпучих, мелкозернистых, жидких, пастообразных материалов. Достоинства – высокопроизводительна, малое сопротивление. Недостатки – громоздка.

Вальцовая сушилка. 1-корпус; 2-барабан; 3-

Для сушки пастообразных (листовых гибких) материалов. Малопроизводительна.

Специальные виды сушилок.

Радиационная сушилка. ИК-лучами подводятся большие удельные тепловые потоки. Важно для быстрого удаления большого количества свободной влаги. Прогрев с поверхности, поэтому высокоэффективны для сушки термостойких тонкослойных материалов. Обогрев излучением горелок электрических элементов, закрытыми газовыми излучателями.

Диэлектрические сушилки. Сушатся диэлектрические или низкоэлектропроводные материалы. Разогрев материала за счет колебания полярных молекул материала влаги в высокочастотном электромагнитном поле.

Экстракция

Экстракция – процесс извлечения компонентов из растворов или твердых тел экстрагентами – избирательными растворителями. Экстрагент хорошо растворяет один или несколько компонентов смеси, другие – очень плохо или совсем не растворяет.

Более широко применяют экстракцию из растворов. Это процесс с участием двух взаимно нерастворимых или ограниченно растворимых фаз. Для улучшения условий процесса фазы приводят в тесное взаимодействие за счет получения эмульсии. После проведения процесса эмульсию отстаивают и получают экстракт (фаза, обогащенная извлеченным веществом) и рафинат (фаза, из которой вещество извлечено). Преимущество экстракции перед другими методами разделения низкая рабочая температура. Вместе с тем технология извлечения усложняется из-за применения дополнительного компонента – экстрагента. Экстракцию осуществляют в непрерывно действующих и периодических аппаратах, одно- и многоступенчатых, в перекрестном токе фаз и противотоке. Для проведения процесса применяют емкостные аппараты с диспергаторами фаз и отстойниками, колонные гравитационные аппараты, колонные пульсационные и роторные, центробежные роторные и т.д.

Адсорбция

Адсорбция – процесс избирательного поглощения компонентов из газовой смеси твердым поглотителем – адсорбентом. Поглощаемое вещество – адсорбтив. Процессы адсорбции обратимые (десорбция).

Адсорбцию применяют при малых концентрациях поглощаемого вещества, при тонкой очистке газов и жидкостей. Физическая адсорбция протекает из-за взаимного притяжения молекул адсорбата и адсорбента (силы Ван-дер-Ваальса). В качестве адсорбентов используют твердые вещества с большой удельной

поверхностью пор. Поры делят на макропоры (>2·10-4 мм), переходные и микропоры (2·10-6 - 6·10-6 мм). Поглощенное вещество образует в макропорах и переходных слой толщиной в одну или несколько молекул. Микропоры заполняются молекулами полностью.

Поглотительная способность. Селективность.

1.Активные угли 600-1700 м2/г.

2.Силикагели 400-770 м2/г.

3.Цеолиты – минералы (природные, синтетические) катионы 1 и 2 групп, хорошо поглощают воду.

4.Иониты – плавленые цеолиты: с кислыми группами – аниониты; основными – катиониты.

Равновесие (статика адсорбции).

(̅

График зависимости c=f(a).

Материальный баланс.

( (

Кинетика и динамика процесса. Формула Шилова.

Скорость с Десорбция – термическая. Адсорберы.

Для жидкости: смесительные, кипящего слоя, неподвижного слоя. Для газов: неподвижного слоя, кипящего слоя.