Идеальная и действительная сушильные установки.
Теоретической сушилкой называют воображаемою сушилку с предварительным подогревом сушильного агента, в которой отсутствуют потери тепла в окружающую среду, на нагревания транспортных устройств и высушиваемого материала, и в которой температура материала на входе и выходе из сушильной камеры равна 0°.
Тепловой баланс имеет вид:
Приход тепла L0J0+Qк = L1J1
L1J1 =L2J2 ,
L0J0+Qк = L1J1 =L2J2 ,
Где L0J0 - тепло
Qк – количество тепла полученное в калорифере
L1J1 - количество тепла
L2J2 , количество тепла
т. к. Количество воздуха не изменяется в процессе сушки, то L0 = L1 = L2 = const,
то имеем J1 = J2- const. Т. е в сушилки процесс сушки идет при постоянной энтальпий влажного воздуха.
Испарения влаги из материала происходит за счет снижения температуры сушильного агента (воздуха), что проводит к росту влагосодержания воздуха энтальпия остается неизменной. На J-d диаграмме линия АВ- это процесс нагрева воздуха в калорифере от t0 до t1. Процесс сушки идет по линии J-const и изображается отрезком ВС.
Физические процессы происходящие в материале в процессе сушки
Процесс сушки любого материала включает. в себя три фазы:
Перемещение влаги внутри материала.
Парообразование.
Перемещение водяных паров с поверхности материала в окружающую среду.
Влага в материале имеет три формы связи влаги с материалом
Химическую связь - влага входит в состав молекул вещества, и при сушке эта влага не удаляется.
Физикохимическая связь - это влага адсорбирована частицами и структурой вещества, т. е. приобретена в процессе образовании и роста тела, и имеет среднею связь с материалом.
Физикомеханическая связь - влага находится в микро- и макро капиллярах, в порах, в пустотах. Это непрочный вид связи и влага легко удаляется. В процессе сушки или при увлажнении материала. Содержание влаги в материале изменяется.
Масса влаги материала: Gвл. = Gс + w (кг).
Где Gс – масса абсолютно сухого вещества.
Влажность материала это отношение количества влаги содержащейся в материале к массе его сухой части
В сушильной технике введены два понятия влажности материала:
1) Влажность или влага содержащая материале на абсолютно сухую массу:
ωс = W / Gс. = Gв – Gс / Gс ; ωс = W *100%/ Gс =
= (Gв – Gс)*100%/ Gс. .
2) Влажность материала на общую массу:
ωоб. – общая масса.
ω0 = W/Gвл. = W/Gс +W;
ω0 = W *100%/ Gвл. = W *100%/ Gс + W.
Для пересчета влажности материала используют формулы:
ωс = 100* ω0 / 100- ω0 %;
ω0 = 100* ωс / 100+ ωс %.
Если известны: количество материала подаваемого и удаляемого из сушилки и его влажность.
W = Gс /100 * (ω1 – ω2) = G1 * (ω1 – ω2) /(100+ ω1) =
= G2 * (ω1 – ω2) / (100+ ω2) (кг/с).
Материальный баланс сушильной установки:
Рассматривая сушимый материал и воздух состоящими из сухой части Gс , Gс.в. , и влаги Gв и Gп,т. е.
Материал Gм = Gс +Gв ;
Воздух (сушильный агент) Gвоз. = Gс.в +Gп.
Запишем приходную и расходную часть материального баланса.
Gс.1 + Gв.1 + Gс.в 1 + Gп.1 = Gс.2 + Gв.2 + Gс.в2 + Gп.2 .
Если в процессе сушки нет уноса материала и других материальных потерь, то масса абсолютно сухого вещества (материала и воздуха) на входе и выходе из сушилки остается неизменной, а испарившиеся из материал влага воспринимается воздухом, т. е. баланс по влаги не нарушается.
Gв.1 + Gп.1 = Gв.2 + Gп.2 . (кг/с).
W – это количество испаренной влаги из материала в сушилке (кг/с).
W = Gв.1 - Gв.2 = Gп.2 - Gп.1 ;
Тепловой баланс сушильной установки:
Рассмотрим приходную и расходную статьей теплового баланса
Приход тепла | Расход тепла |
В подогревателе (калорифере) Qп=L0(J1- J0) | |
Дополнительный подвод тепла Qдоп. | |
Физическое тепло воздуха. Qв= L0 J0. | C уходящим сушильным агентом. Qв2= L2 J2. |
Физическое тепло материала Gм1= Gс1+ Gв1. Qм1= Gс1сс1 t′м1+ Wсc1 t′м1. | С уходящим материалом: Qм2= Gс2* сc2 t″м1 |
Физическое тепло транспортных средств. Qтр.1= Gтр.1* стр.1* tтр.1- | С уходящими транспортными средствами. Qтр.2= Gтр.2* стр.2* tтр.2- |
В окружающую среду Q5 |
Составляем уравнение теплового баланса действительной сушилки:
L0 (J1- J0)+ Qдоп.+ L0 J0+ Gс1 сс.1 t′м1+ W св.1*t′м1+Gтр.1стр.1tтр.1 =
= L2J2 +Gс2 сс.2 t′′м2 +Gтр.2 стр.2 *tтр.2 +Q5 . (кВт)
Принимаем
L0 = L1 = L2= L;
Gс1 = Gс2 = Gс ;
Gтр.1 = Gтр.2 = Gтр;
сс1 = сс.2 = см. ;
стр.1 = стр.2 = стр. ;
тогда уравнение теплового баланса примет вид:
L (J1- J0) = L (J2 -0)+ Gс *см (t′′м2 -t′м1 ) +Gтр. стр (tтр.2 –tтр.1)+ Q5 -Qдоп. – W св.1 t′м1 .
Отнесем все статьей баланса кол-во испаренной влаги, т. е. разделим на w и обозначим
L / W = l. Q5 / W = g5 ; Qдоп. / W = gдоп. ;
Gтр. Cтр. (tтр.2 –tтр.1)/ W = gтр. ;
Gс Cм (t′′м2 -t′м1 )/ W = gм. ;
W Cв.1 *tм1 / W = Cв.1 *t′м1 .
l (J1- J0) = l (J2 J0) +gм + gтр +g5 –gдоп. –Cв.1*t′м1 – уравнение теплового баланса действительной сушилки.
Расчет с помощьюJ-d диаграмме конвективных сушилок:?
Целью расчета является определение расхода воздуха (L) и расхода тепла (Q) на сушило (сушилку). Ур-ие теплового баланса:
l (J1- J0) = l (J2 J0) +gм + gтр +g5 –gдоп. –Cв.1*t′м1 ;
В действительной сушилки имеет место: потери тепла gм + gтр +g5 и дополнительный тепловыделение gдоп. +Cв.*t′м1.
обозначим: (gдоп. +Cв.*t′м1 )- (gм + gтр +g5 ) = D.
Из уравнения теплового баланса имеем:
l (J1- J0)/ l = l (J2 J0)/ l +(gм + gтр +g5 ) –gдоп. –Cв*t′м1 /l;
l (J1- J0)/ l = l (J2 J0)/ l –(gдоп. +Cв.*t′м1)/ l –(gм + gтр +g5 )/ l.
отсюда,J1- J0 = J2- J0 -D/l; J1 = J2 - D/l; J2 = J1 + D/l.
В зависимости от соотношения потерь тепла gм + gтр +g5
и дополнительного тепла подвода gдоп. +Cв.*t′м1
в действительной сушилке, возможны три случая:
1) D>0. 2) D<0. 3) D=0.