8.1.6 Тепловой баланс конвективных сушилок

При сушке тепло расходуется на нагревание материала до температуры сушки и на собственно сушку.

Обозначим (рисунок 8.7):

L – расход абсолютно сухого воздуха, кг/с;

I – теплосодержание (энтальпия) влажного воздуха, Дж/кг;

G_н, G_к – расходы влажного и высушенного материала, кг/с;

с_н, с_к – теплоемкость влажного и высушенного материала, Дж/(кг*К);

Ө_н, Ө_к (этта) – начальная и конечная температуры влажного и высушенного материала, ⁰С;

с_т – теплоемкость транспортных устройств, Дж/(кг*К);

t_т.н, t_т.к – температуры транспортных устройств, ⁰С;

с_в – теплоемкость воды, Дж/(кг*К);

Q_к – количество тепла в основном калорифере, Дж/с;

Q_д – количество тепла в дополнительном калорифере, Дж/с;

Q

Рисунок 8.7 – К тепловому балансу сушки

_п – потери тепла в окружающую среду, Дж/с.

В таблице 8.1 показаны приход и расход тепла.

Таблица 8.1 – К тепловому балансу сушки

Приход тепла	Расход тепла
1 Со свежим воздухом – L I0	1 С отработанным воздухом – L I2
2 С влажным материалом –	2 С высушенным материалом –
3 С транспортными устройствами –	3 С транспортными устройствами –
4 Подвод тепла в основном калорифере – Qк	4 Потери тепла в окружающую среду – Qп
5 Подвод тепла в дополнительном калорифере – Qд

Тепловой баланс процесса сушки:

Из уравнения (8.11) можно определить количество теплоты, необходимое для высушивания материала:

(8.12)

Пояснения к формуле (8.12):

– тепло, вводимое в установку;

– тепло, идущее на нагрев воздуха в сушильной установке;

– тепло, затрачиваемое на нагрев материала;

– тепло, идущее на нагрев транспортных устройств;

– тепло, вносимое в сушилку с влагой, находящейся в высушиваемом материале;

Q_п – потери в окружающую среду.

Каждый член уравнения (8.12) поделим на величину W и найдем удельное количество тепла, то есть количество тепла, отнесенное к 1 кг испаренной влаги:

. (8.13)

Отсюда найдем удельный расход тепла на нагрев в калорифере:

. (8.14)

Также можно записать тепловой баланс основного калорифера:

. (8.15)

Отсюда количество тепла в калорифере

, (8.16)

а, следовательно, удельный расход тепла в калорифере определится:

. (8.17)

Подставляя выражение (8.17) в уравнение (8.13), получим:

. (8.18)

Обозначив правую часть уравнения (8.18) через Δ, запишем:

, (8.19)

а если учесть уравнение (8.10), то

. (8.20)

Уравнение (8.20) представляет собой внутренний баланс сушилки. Величина Δ показывает разность между удельным подводом тепла в сушильную камеру (с дополнительным калорифером и с влагой) и удельным расходом тепла (с материалом, транспортными устройствами, потерями).

Очевидно, что уравнение (8.20) – линейное и величина Δ в нем представляет наклон линии сушки.

В зависимости от значения Δ линия реального сушильного процесса может занимать три возможных положения.

Р

Рисунок 8.8 – Построение различных

вариантов процесса сушки

на диаграмме «I–x»

ассмотрим изменение параметров сушильного агента по диаграмме «Ix» в процессе нагревания и сушки (рисунок 8.8).

Линия АВ на диаграмме показывает изменение параметров воздуха при его нагреве в калорифере, линии ВС, ВС₁ и ВС₂ – в сушильной камере при

Δ = 0, Δ > 0, Δ < 0 соответственно.

Сушка при Δ = 0 (т.е. при постоянном значении энтальпии воздуха на входе и выходе из сушилки) возможна в двух случаях:

1) при так называемой теоретической сушке, когда процесс является адиабатическим, т.е. ;

2

Рисунок 8.9 – Изображение

основного процесса сушки

на диаграмме «I–x»

) при протекании реального процесса, когда удельные расходы теплоты на нагрев высушиваемого материала, транспортных устройств и удельные потери теплоты компенсируются подводом дополнительной теплоты и произведением . То есть Теоретическая сушка – это сушка при температуре 0^оС без дополнительного подвода или отвода тепла (либо сушка при температуре 0^оС, при которой все тепло, подводимое к сушилке, идет на испарение влаги, т.е. энтальпия воздуха не меняется: I=const). С испаренной влагой в воздух поступает столько тепла, сколько затрачено на ее испарение. Изображенный на рисунке 8.9 вариант сушки называется основным.