Применимость

Данных не предоставлено.

Экономические аспекты

Данных не предоставлено.

Мотивы внедрения

Данных не предоставлено.

Примеры

Данных не предоставлено.

Справочная информация

[202, IFTS_CMI, 1999]

3.11.3. Методы термической сушки

3.11.3.1. Расчет энергозатрат и КПД

Общая характеристика

Сушка широко используется в различных отраслях промышленности. В процессе сушки сначала весь влажный материал нагревается до температуры испарения воды, а затем вода испаряется при постоянной температуре.

Qth = (cG mG +cW mW ) T +mD HV Уравнение 3.13

где:

Qth – полезные затраты тепла, кВт;

mG, mW – массовый расход сухого вещества и подлежащей удалению воды соответственно, кг/с;

∆T – температура нагрева, K;

mD – количество воды, испаряющейся в единицу времени, кг/с;

cG, cW – удельная теплоемкость сухого вещества и воды соответственно, кДж/кг·K;

∆HV – теплота испарения воды при соответствующей температуре испарения (примерно

2300 кДж/кг при 100°C).

Как правило, испарившаяся вода удаляется из сушильной камеры с потоком воздуха. Затраты энергии на нагрев проходящего через сушильную камеру воздуха Qpd (эта величина не включает полезные затраты тепла Qth) могут быть рассчитаны согласно уравнению 3.14:

где:

Qpd – затраты тепловой энергии на нагрев воздуха, проходящего через сушильную камеру, кВт (потери тепла с выбросами);

V – расход воздуха, проходящего через сушильную камеру, м3/ч;

cpd – удельная теплоемкость воздуха (примерно 1,2 кДж/м3·K при температуре 20°C и давлении 1013 мбар);

∆Tpd – разница между температурами свежего воздуха и воздуха, выбрасываемого из сушильной камеры, K.

Помимо указанных затрат тепла должны быть учтены и другие потери, например, потери тепла через стенки сушильной камеры. Эти потери Qhp соответствуют энергопотреблению незагруженной сушильной системы, функционирующей при обычной рабочей температуре в

281

режиме рециркуляции воздуха (т.е., без выбросов нагретого воздуха в атмосферу). Таким образом, общее энергопотребление системы может быть выражено уравнением 3.15:

где:

QI – общее энергопотребление сушильной системы; Qhp – энергопотребление незагруженной системы.

Для приведения энергопотребления к затратам первичной энергии необходимо учесть КПД сжигания топлива, зависящий от особенностей конкретного процесса и оборудования. Таким образом, общие затраты первичной энергии на процесс сушки Qtotal описываются уравнением

3.16:

где:

Qtotal – общее потребление первичной энергии в процессе сушки; ηfuel – тепловой КПД процесса сжигания топлива.

На рис. 3.45 показаны диапазоны удельного потребления вторичной энергии на килограмм испаряемой воды для различных типов сушилок, функционирующих при максимальной загрузке и максимальной эффективности испарения. Для целей данного сопоставления было принято предположение, что источником тепла для конвективных сушилок служат электронагреватели.

Рисунок 3.45: Диапазон удельного энергопотребления для различных видов сушилок при испарении воды

[26, Neisecke, 2003]

Экологические преимущества

Данных не предоставлено.

Воздействия на различные компоненты окружающей среды

Данных не предоставлено.

Производственная информация

Как отмечено в разделе 3.11.1, применение процесса механической сепарации (отделения воды) в качестве предварительного этапа перед сушкой во многих случаях может способствовать снижению энергопотребления.

282

Оптимизация влажности воздуха в сушилках является важнейшим фактором, способным внести значительный вклад в сокращение энергопотребления в процессе сушки.

Применимость

Данных не предоставлено.

Экономические аспекты

Данных не предоставлено.

Мотивы внедрения

Данных не предоставлено.

Примеры

Данных не предоставлено.

Справочная информация

[26, Neisecke, 2003, 203, ADEME, 2000]

3.11.3.2. Конвективная сушка

Общая характеристика

При конвективной сушке основным механизмом теплопередачи является конвекция. Сушильный агент – горячий или теплый газ, как правило, воздух (возможно, в смеси с горячими дымовыми газами) или перегретый пар (см. раздел 3.11.3.4) – передает тепло высушиваемым материалам и деталям, которые могут находиться, например, во вращающемся барабане или на подвеске.

К типичным конструкциям сушильных систем относятся:

•системы, предусматривающие движение высушиваемых материалов, обдуваемых горячими газами:

oнапример, барабанные и туннельные сушилки, конвейерные сушильные печи, сушилки со спиральным конвейером, лоточные сушилки;

•системы, в которых горячие газы обдувают неподвижные твердые материалы или детали:

oнапример, сушилки периодического действия или сушилки со стационарными подвесками;

•системы, предусматривающие интенсивное перемешивание высушиваемых материалов:

oнапример, сушилки с кипящим слоем или аэрофонтанные сушилки.

Экологические преимущества

Конвективный нагрев, в частности, горячим воздухом, нагреваемым за счет непосредственного сжигания топлива, позволяет избежать многих потерь тепла, имеющих место в системах с косвенным нагревом, котлами, паропроводами и т.п.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Воздействий не обнаружено.

Производственная информация

Высушиваемые материалы и удаляемые жидкости должны быть совместимы с сушильной системой и не создавать рисков при ее использовании. Например, при сушке горячими дымовыми газами, получаемыми за счет непосредственного сжигания природного газа, материалы и удаляемые жидкости не должны быть легковоспламеняющимися.

Применимость

Широко применяется.

Экономические аспекты

Данных не предоставлено.

Мотивы внедрения

•сокращение затрат;

283

•эффективное использование производственных площадей;

•простота (например, сушка горячим воздухом позволяет снизить потребности в производстве пара).

Примеры

Конвективная сушка широко применяется во многих отраслях. В частности, барабанные сушилки могут использоваться при производстве органических соединений, удобрений и пищевых продуктов, а также для сушки песка. Конвективные сушилки могут также использоваться в составе линий по обработке металлических поверхностей. При этом сушилка является последним компонентом подвесочной линии, и ее размер соответствует размеру ранее расположенных рабочих и промывочных ванн. Подвески с деталями могут опускаться в сушилку точно так же, как они опускаются в эти ванны. Сушилка может быть оборудована автоматически открывающейся крышкой.

Справочная информация

[263, Tempany, 2008, 266, Ullmann's, 2000]

3.11.3.3. Контактная сушка

Общая характеристика

При контактной сушке теплопередача осуществляется за счет теплопроводности. Тепло передается высушиваемому материалу от теплоносителя через твердую стенку. Материал может быть неподвижным или постоянно перемещаться вдоль поверхности или от одной поверхности к другой.

Ктипичным системам контактной сушки относятся:

•сушильные цилиндры, используемые для сушки полос плоских материалов, например, бумаги, картона или текстиля. Влажная продукция проходит вдоль вращающихся цилиндров, нагреваемых изнутри, как правило, при помощи пара;

•вальцовые сушилки используются для высушивания пастообразных материалов и вязких жидкостей, например, растворов органических и неорганических соединений. Материал тонким слоем выливается на поверхность вращающегося нагретого вальца. Образующееся в результате сушки твердое вещество удаляется с поверхности при помощи ножа-скребка, образуя пленку, хлопья или порошок;

•для сушки пастообразных материалов могут также использоваться:

oвальцовая сушилка с рифленой поверхностью барабана (формующая небольшие порции материала для дальнейшей сушки);

oшнековая сушилка, основу конструкции которой составляют один или два шнека, вращающиеся в желобе. Шнеки подогреваются горячей водой, насыщенным паром, горячим маслом и т.д.;

oгребковая сушилка, представляющая собой контактную сушилку с мешалкой. Кожух сушилки, главный вал мешалки и другие ее элементы подогреваются паром, горячей водой или горячим маслом;

•Для сушки зернистых материалов могут использоваться:

oсушилки с вращающимся барабаном, в которых либо нагреваемые изнутри трубы проходят внутри барабана, либо высушиваемый материал движется по трубкам, нагреваемым снаружи (сушилка трубчатого типа). Эти сушилки характеризуются невысокой скоростью воздуха, что позволяет использовать их для сушки пылящих материалов;

oсушилки с винтовым конвейером, в которых винт вращается внутри нагреваемого кожуха;

284