11.6. Материальный и тепловой балансы сушки

При сушке испаренная влага из влажного материала переходит в воздух (влагообмен), а тепло из воздуха расходуется на испарение влаги и на нагревание.

Основной характеристикой этих процессов является баланс по влаге и теплу.

Количество влаги, испаряемой из материала W, равно

,

где Q - производительность по сушимому материалу, т/ч; R₁ и R₂ - начальное и конечное разжижение.

С другой стороны количество влаги, поступающее с сушильным агентом (Lx₀), плюс количество испарившейся влаги W равно количеству влаги, ушедшей с сушильным агентом:

.

Следовательно, расход абсолютно сухого воздуха на сушку:

. (11.18)

Разделив на W, получим удельный расход воздуха на 1 кг испаренной влаги:

. (11.19)

Тепловой баланс рассмотрим на примере конвективной сушилки с подогревом воздуха калорифером согласно схеме (рис.11.6).

Из схемы (11.6) видно, что тепло подводится в калорифер К₁ , установленный перед сушилкой (Q₁), и в дополнительный калорифер К₂ внутри камеры сушилки (в количестве Q_д). Тогда с учетом потерь тепла сушилкой в окружающую среду Q_n и расходом тепла на нагрев транспортных устройств Q_T, с помощью которых перемещается материал, статьи расхода и прихода тепла можно представить в следующем виде:

Приход тепла Расход тепла

С наружным воздухом: LJ₀ С отработанным воздухом LJ₂

С влажным материалом: С высушенным материалом G₂C_Mθ₂

с высушенным материалом: G₂C_Mθ₁ С транспортным устройством G_TC_Tt_TК

с влагой, испаряемой из Потери тепла в окружающую среду Q_n

материала: WC_Bθ₁

С транспортными устрой-

ствами: G_TC_Tt_TН

Подвод тепла в калорифере К₁: Q_К

Подвод тепла в калорифере К₂: Q_Д

г

Рис.11.6 Схема сушилки непрерывного действия а) схема установки; б) изображение процесса на диаграмме.

деG₂ [кг/ч]- количество высушенного материала; G_Т - количество транспортных средств; С_M, С_В, С_Т - теплоемкость соответственно, материала, воздуха и транспортных средств; θ₁ и θ₂ - температура материала начальная и конечная; t_TH и t_TK - температура транспортных устройств начальная и конечная.

При установившемся процессе сушки приход тепла равен его расходу

. (11.15)

Из этого уравнения определяем общий расход тепла на сушку. (Q_K + Q_Д):

. (11.16)

Разделив обе части последнего равенства на W, получим выражение для удельного расхода тепла на 1 кг испаренной влаги

. (11.17)

Удельный расход тепла во внешнем калорифере K₁ можно также представить в виде

. (11.18)

Подставив это значение в предыдущее уравнение, получим

, (11.19)

или

. (11.20)

Тогда уравнение примет вид:

. (11.21)

Величина ∆ выражает разность между приходом и расходом непосредственно в камере сушилки без учета тепла, приносимого воздухом, нагретым в основном калорифере. Величину ∆ - называют внутренним балансом сушильной камеры.

Если значение величины l заменить ее выражением из материального баланса, получим:

. (11.22)

Величина ∆ может иметь три значения:

1) ∆ = 0, тогда имеем условие работы теоретической сушилки J₂ - J₁ = 0 или J₁ = 0 и J₃= const;

2) ∆ > 0, то энтальпия сушильного агента будет повышаться;

3) ∆ < 0, то энтальпия сушильного агента будет понижаться.

По величине ∆ можно оценить теперь отклонения действительной сушилки от теоретической. Значение ∆ используется для построения процесса сушки по J - x диаграмме в действительной сушилке.