Глава 2. Расчет сушильной установки

2.1. Процесс сушки

В технике сушке подвергается множество материалов, различающихся химическим составом, дисперсностью и структурой, адгезионными свойствами и термочувствительностью, содержанием и формой связи влаги с материалом и другими свойствами.

В химической промышленности процессы массо- и теплопереноса при сушке иногда осложняются протекающими одновременно химическими реакциями.

В связи с этим выбор рационального способа сушки, типа сушильной установки и конструкции сушильного аппарата представляет собой сложную технико-экономическую задачу и пока еще не может быть включен в студенческий курсовой проект. Поэтому в настоящем пособии приводятся примеры расчета только конвективных сушилок заданного типа. В примерах не дано обоснование выбора сушильного агента, а также параметров материала и сушильного агента. С этими вопросами проектанты могут ознакомиться в специальной литературе, ссылки на которую приведены в библиографии.

Желание дать общий пример расчета, основанного на кинетических закономерностях массо- и теплообмена, определило выбор высушиваемого материала, с которым влага связана механическими силами. Процесс в этом случае протекает в первом периоде сушки при постоянной температуре влажного материала, равной температуре мокрого термометра, и скорость сушки определяется внешней диффузией.

Расчет различных вариантов сушильного процесса (с промежуточным подогревом теплоносителя, с дополнительным подводом тепла в сушильную камеру, с частичной рециркуляцией сушильного агента) принципиально не отличается от приведенного в качестве примера расчета сушилки, работающей по основному (нормальному) сушильному варианту.

Принципиальная схема прямоточной барабанной сушильной установки показана на рисунке 2.1. Влажный материал из бункера (1) с помощью питателя (2) подается во вращающийся сушильный барабан (3). Параллельно материалу в сушилку подается сушильный агент, образующийся от сгорания топлива в топке (4) и смешения топочных газов с воздухом в смесительной камере (5). Воздух в топку и смесительную камеру подается вентиляторами (6) и (7). Высушенный материал с противоположного конца сушильного барабана поступает в промежуточный бункер (8), а из него – на транспортирующее устройство (9).

Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне (10). При необходимости производится дополнительное мокрое пылеулавливание. Транспортировка сушильного агента через сушильную установку осуществляется с помощью вентилятора (11). При этом установка находится под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности установки. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу (12).

Рис. 2.1. Принципиальная схема барабанной сушилки: 1 – бункер; 2 – питатель; 3 – сушильный барабан; 4 – топка; 5 – смесительная камера; 6, 7, 11 – вентиляторы; 8 – промежуточный бункер; 9 – транспортер; 10 – циклон: 12 – зубчатая передача

Основные условные обозначения

A_v – напряжение по влаге, кг/(мч);

с – теплоемкость, Дж/(кгК);

D – коэффициент диффузии, м²/с;

d – диаметр сушилки, м; диаметр частиц материала, м;

Н, h – высота, м;

– энтальпия, кДж/кг;

К– коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К);

L – расход сушильного агента, кг/с;

I – удельный расход сушильного агента, кг/кг;

п – частота вращения барабанной сушилки, м^–1;

Р,р– давление, МПа;

Q – расход тепла, кВт;

q – удельный расход тепла, кВт/кг;

Т, t – температура;

W – производительность сушилки по испаренной влаге;

w – скорость сушильного агента, м/с;

х – влагосодержание сушильного агента, кг/кг;

– коэффициент избытка воздуха; коэффициент теплоотдачи, Вт/м²

– коэффициент массоотдачи, м/с;

– порозность слоя, мУм³;

– вязкость, Пас;

– плотность, кг/м³;

w – влажность материала, %;

Re – критерий Рейнольдса;

Nu, Nu' – критерий Нуссельта;

Рг, Рг' – критерий Прандтля;

Аг – критерий Архимеда.