Варианты процесса конвективной сушки.

Возможны следующие варианты работы конвективных сушилок:

1. Дополнительно введенное тепло с избытком покрывает все статьи расхода тепла и тогда  > 0; т.е. . В этом случае . Удельный расход воздуха l является положительной величиной ( ), следовательно, I₂ > I₁ .

2. Дополнительно введенное тепло недостаточно для покрытия всех потерь тепла, т.е.  < 0, или . Это неравенство удовлетворяется, если I₂ < I₁.

3. Потери тепла компенсируются количеством дополнительно введенного тепла. В этом случае

и ,

На практике такой вариант процесса сушки не осуществляется.

Для анализа и расчета процессов сушки введем понятие о теоретической сушилке, которая характеризуется следующими положениями. Температура материала, поступающего на сушку, равна нулю; нет расхода тепла на нагрев материала и транспортных приспособлений; нет дополнительного подвода тепла в сушильной камере и потерь тепла в окружающую среду, т.е.

, .

Испарение влаги в теоретической сушилке происходит только за счет охлаждения воздуха, причем количество тепла, передаваемого воздухом, полностью возвращается в него с влагой, испаряемой из материала.

Определение расходов воздуха и тепла на сушку. При расчете конвективных сушилок необходимо определить расходы воздуха (газа) и тепла на проведение процесса сушки. Эти величины могут быть найдены как аналитически, так и графо - аналитически с помощью изображения процесса на I - x диаграмме.

Расчет сушилок с использованием I - x диаграммы нагляден и дает достаточно точные для практических целей результаты. Поэтому графоаналитический расчет сушилок в дальнейшем будет взят за основу.

Теоретическая сушилка. Для расчета теоретической сушилки должны быть заданы:

1) два параметра наружного воздуха (t₀ ,_ или t₀ ,x₀ );

2) температура воздуха уходящего из калорифера и поступающего в сушильную камеру (t₁);

3) один параметр отработанного воздуха (t₂ ,_ или x₂ ).

Рис. 4

вательно, линия АВ характеризует нагревание воздуха в калорифере, а линия ВС - изменение параметров воздуха в сушильной камере.

Удельный расход тепла для сушилки определяется уравнением ,

а удельный расход воздуха .

Действительная сушилка, для которой  > 0. При  > 0 и в начале строят на диаграмме I - x изображение процесса как для теоретической сушилки, что на рис. 5 изображено линиями АВС. В уравнении координаты конечной точки (x₂, I₂ ) можно заменить на текущие координаты (x, I) для некоторой произвольно выбранной точки Е, лежащей на прямой линии процесса в сушильной камере. Тогда . По диаграмме (рис.5) , , где M_Y ,M_x - соответствующие масштабы для I и x на диаграмме I-x.

В этом случае , где - масштаб диаграммы I-x.

Из последнего уравнения получаем . Это равенство дает возможность найти направление линии, по которой происходит процесс в сушилке при  > 0. Для этого на линии ВС, изображающей

Рис. .5.

процесс теоретической сушилки, берут произвольную точку С и измеряют расстояние ef от линии x₀=x₁=const. Откладывая по вертикали, проходящей через точку e, расстояние, равное

находят точку E, затем проводят линию ВЕ, которая и характеризует изменение состояния воздуха в действительной сушилке. Конечная точка процесса С₁ определяется пересечением линии ВЕ с заданной линией I₂=const или t₂=const. Точка С₁ характеризует параметры отработанного воздуха, уходящего из сушильной камеры.

Действительная сушилка, для которой  < 0. При  < 0 изменение состояния воздуха в сушильной камере происходит с понижением энтальпии (I₂ < I₁ ). В этом случае потери тепла на нагрев материала, транспортных приспособлений и в окружающую среду больше, чем тепло, вносимое добавочно в самой сушильной камере. Направление линии, характеризующей теплосодержание воздуха в сушильной камере, может быть определено, аналогично предыдущему

случаю, с той лишь разницей, что отрезок eE откладывается вниз, а не вверх.

Для действительной сушилки удельные расходы воздуха и теплот определяются по следующим уравнениям: удельный расход воздуха: кг / кг влаги;

суммарный удельный расход тепла: , Дж/кг. влаги;

удельный расход в основном калорифере: , Дж/кг. влаги;

удельный расход добавочного тепла в сушильной камере: , Дж/кг. влаги;

где _.

Изображение процесса смешения воздуха различных состояний на I-x диаграмме. Смешение воздуха двух состояний характерно для сушилок, работающих по принципу рециркуляции, когда часть отработанного воздуха смешивается со свежим воздухом, а эта смесь подается в сушилку.

Рис. 6

(б) , где I_см ,x_см - энтальпия и влагосодержание смеси. Из равенств (а) и (б) имеем: (в) (г)

Из равенств (в) и (г) можно получить соотношение

,

которое является уравнением прямой линии с координатами двух ее точек I₁, x₁ ; I₂, x₂ . Отсюда следует, что точка, определяющая состояние смеси, лежит на прямой, соединяющей точки, характеризующие составляющие части смеси, независимо от пропорции смешения. Положение этой точки на прямой может быть определено заданным либо x_см , либо I_см . В большинстве практических случаев задано x_см и требуется вычислить величину n. Из равенства (г) и рисунка 6 имеем:

Следовательно, точка С, соответствующая x_см , делит отрезок между точками А и В на части, отношение которых равно величине n и лежит тем ближе к точке А, чем меньше n.

Из формул (а) и (б) величины x_см и I_см могут быть получены и аналитически

Многозональная сушилка с промежуточным подогревом воздуха. Сушилка с промежуточным подогревом воздуха состоит из нескольких зон (в данном случае из трех), причем перед каждой зоной расположены калориферы K₁ ,K₂ ,K₃ для подогрева воздуха до заданной температуры.

Многозонные сушилки применяются, когда материал не должен подвергаться воздействию высоких температур, а также для получения большой равномерности сушки материала.

Построение действительного процесса сушки на диаграмме I - x выполняется для каждой ступени отдельно, так же как и для однозонной сушилки с однократным использованием сушильного агента.

Сушилка с частичной рециркуляцией отработанного воздуха. Особенность данного варианта сушильного процесса состоит в том, что лишь часть отработанного воздуха выходит в атмосферу, а остальная часть смешивается с потоком свежего воздуха; образовавшаяся смесь вентилятором передается в калорифер K, где нагревается и поступает затем в сушильную камеру.

При сушке с частичной циркуляцией воздуха материал сушится при более низких температурах, чем в обычной сушилке (t₁ < t'₁). Вместе с тем сушка происходит в среде более влажного воздуха, так как влагосодержание смеси x_см. больше влагосодержания свежего воздуха x_в . Такой режим сушки желателен для материалов, которые при сушке воздухом с низкой влажностью при высоких температурах подвергаются разрушению (например, керамические изделия).

Следует учитывать, что для сушилки с рециркуляцией требуется больший расход энергии на вентилятор, чем для сушилки обычной схемы.

Однако, при добавлении части отработанного воздуха к свежему увеличивается объем циркулирующего в сушильной камере воздуха, а следовательно, и скорость его движения относительно материала, что способствует более интенсивному тепло- и влагообмену.