logo
КАСАТКИН

Материальный и тепловой балансы сушки

Материальный баланс сушки. Баланс по высушиваемому материалу является общим для конвективной, контактной и других видов сушки. Для составления баланса обозначим:‘

и даа — начальная и конечная влажность материала соответ­ственно (считая на общую массу материала), %;

V? — масса влаги, удаляемой из материала при сушке, кг/ч. Тогда материальный баланс будет иметь следующий вид: по всему материалу, подвергаемому сушке

0, = С2 + 47 (XV, 16)

по абсолютно сухому веществу в высушиваемом материале

С Ю0-и>г_с ЮО — и>2 Г1

1 100 “ г 100 (XV, 17)

Из уравнения (XV, 17) следует:

г — г ЮО — а>я

°х ~ 2 І00—"оТ ( ’ *

^ ^ 100 — Ш]

°*вС’Т00^

(XV, 19)

Обычно целью составления материального баланса является определе­ние массы влаги удаляемой при сушке. Из уравнения (XV, 16) находим

И7 = 0] —О, (XV,20)

Подставляя в выражение (XV,20) значение ба из уравнения (XV, 19), получим

IV = О, - О] 1°° = О, (XV,21)

1 1 100 — Шъ 1 100 — ш2

При подстановке в выражение (XV,20) значения по уравнению (XV, 18) определим массу удаляемой влаги:

^°*Т55^Г (ХУ'21а)

Если значение № известно, то из уравнения (XV,21а) можно опреде­лить значение

Уравнения (XV,21) и (XV,21а) являются основными уравнениями материального баланса процессов сушки.

Влажность материала часто бывает удобно выражать по отношению к массе не всего материала, а к массе содержащегося в нем сухого вещества. В этом случае, пользуясь зави­симостью (XV,15), заменяют величины и в уравнении (XV,21) на щ® и юЦ соответ­ственно. При этом получим

— к?, —

И7 = С, —- = бг — (XV, 22)

100+ Ш] 100 + ш§

При расчете конвективных сушилок помимо баланса по высушивае­мому материалу составляется материальный баланс по .влаге, из которого находят расход сухого воздуха на сушку.

Рассмотрим основную схему процессов конвективной сушки на примере воздушной сушилки, в которой воздух нагревается только в подогревателе (калорифере) перед сушилкой и однократно про­ходит через сушилку. Принцип устройства такой сушилки соответствует схеме на рис. ХУ-5 при условии, что отсутствует дополнительный подогре­ватель воздуха, показанный на рисунке.


594

Гл. XV. Сушка

Пусть на сушку поступает воздух с влагосодержанием х0 кгікг сухого воздуха, причем расход абсолютно сухого воздуха составляет £ кг!ч- Из сушилки (при отсутствии потерь воздуха) выходит такое же количе­ство абсолютно сухого воздуха, а влагосодержание меняется до х2 кг!кг сухого воздуха. Масса влаги, испаряющейся из материала в сушилке, составляет % кг]я. Тогда материальный баланс по влаге будет иметь вид:

іх0 — /.*2

Из уравнения баланса определяем расход абсолютно сухого воздуха на сушку

47

С~~х Г (ХУ’23>

( л2 *0

Удельный расход воздуха на испарение из материала 1 кг влаги равен соответственно

1

г=А = .

\</ Хп — х0

(XV,24)

^О'Уо' ^0' *0

ХпЯЛ,,!,

Сушильная

намера

Рис. ХУ-5. Принципиальная схема конвективной сушилки не­прерывного действия (основной вариант процесса сушки).

Обозначим влагосодержание воздуха, нагретого в калорифере и посту­пающего в сушилку, через кг/кг сухого воздуха. Проходя через кало­рифер, воздух не поглощает и не отдает влаги, поэтому его влагосодержа­ние остается постоянным, т. е. хг = *0. Соответственно уравнения (XV,23) и (XV,24) могут быть записаны в виде

(XV,23а)

(XV,24а)

Следует иметь в виду, что влагосодержание наружного воздуха х0 в среднем летом выше, чем зимой. Величина х0 входнт как вычитаемое в знаменатель правой части уравне­ния (XV,24). Следовательно, расчет удельного расхода воздуха (и соответственно подбор калориферов для его нагрева) надо вести по наибольшей величине х0 в летних условиях для того географического пункта, в котором должна работать сушилка. Средние статистиче­ские данные о значениях х0 в летнее и зимнее время года для различных городов СССР приводятся в справочных таблицах.

Тепловой баланс сушилок. Рассмотрим тепловые балансы наиболее распространенных конвективных и контактных сушилок.

Конвективные сушилки. Для составления типового теплового баланса конвективной сушилки воспользуемся ее общей схемой, приведенной на рис. ХУ-5.

Пусть на сушку поступает кг!ч исходного материала, имеющего- температуру 01 °С. В сушйлке из материала испаряется И? кг!ч влаги и из сушилки удаляется б2 кг!ч высушенного материала при температуре

  1. °С. Обозначим удельную теплоемкость высушенного материала с„ дж! (кг-град) и теплоемкость влаги св дж](кг-град) [для воды св — = 4,19 кдж/(кг • град) или 1 ккал/(кг-град)!.

В сушилку подается влажный воздух (сушильный агент), содержащий Ь кг/ч абсолютно сухого воздуха. Перед калорифером воздух имеет энталь­пию 10 дж!кг сухого воздуха, после нагрева; т. е. на входе в сушилку,

Приход тепла

Расход тепла

С наружным воздухом

' С отработанным возду­

и,

С влажным материалом *

хом

с сухим материал

С2см9)

С высушенным материа­

^2^м92

лом . . .....

лом

с влагой, испаряе­

С транспортными устрой­

Ст^т ^тк

мой из материала

Й7св9,

ствами

С транспортными устрой­

(?т^т ^тн

Потери тепла в окружа­

Оп

ствами .

ющую среду

В основном (внешнем)

калорифере

Фк

В дополнительном (вну­

треннем) калорифере

<2д

При установившемся процессе сушки тепловой баланс выражается равенством

^2см9і И^Св9, -ОтС-г^тн Фк Фд = ^2 4* ^2см®а бтст^тк Чп

Из этого уравнения можно определить общий расход тепла (<2К + <3Д) на сушку:

Фк фд = (^2 Л>) + ^2СМ (®2 ®і) Ч- 0хст (Лт ^тн) И^Св®1 “Ь Оп

Разделив обе части последнего равенства на получим выражение для удельного расхода тепла (на 1 кг испаренной влаги):

Як + <7д = І (12 — Л>) + 9м 4- 9т — св9, + <?п (XV,25)

В уравнении (XV,25): I (/2 — /0) — количество тепла (с учетом всех видов его прихода и расхода), приходящегося на 1 кг испаренной влаги; <?м = 02см (93 — 9л)/№ — удельный расход тепла на нагрев высушенного материала; <?х = <3ТсТ (7ХК — (ТП)1 'Я/ — удельный рас­ход тепла на нагрев транспортных устройств; св9, — энтальпия 1 кг влаги, поступающей в сушилку и испаряемой из материала; 9П — № — удельные потери тепла сушилкой в окружающую среду.

Удельный расход тепла в основном (внешнем) калорифере можно также представить в виде

9к-І(/і-/.) (XV,26)

Подставляя значение в уравнение (XV,25), находим І (її — Лі) + 9д — I (^2 — ^о) 4" 9м + 9т — Савх + 0п

или

І (Іі — /і) = 9д 4~ св9і — 9м — — <7п (XV,27)

Обозначив правую часть уравнения (XV,27)

(<7д + с^) — (9м 4- 9т 4~ <7п) = Д (XV,28)

* Тепло, вносимое исходным влажным материалом, в .тепловом балансе рассматри­вается как сумма .теплот, вносимых высушенным материалом и испаряемой влагой.

596

Гл. XV. Сушка

запишем его в следующей форме:

»(/,-М-А

д_

I

(XV,29) (XV,29а)

Входящая в уравнение величина А выражает разность между приходом и расходом тепла непосредственно в камере сушилки, без учета тепла, приносимого и уносимого воздухом, нагретым в основном калорифере. Величину А часто называют внутренним балансом сушильной камеры.

Подставляя в уравнение (XV,29) значение I из уравнения (XV,24), получим

х% — х„

(XV,30)

Для анализа и расчета процессов сушки удобно ввести понятие о т е о - рет и ческой - сушилке, в которой температура материала, поступа-

ющего на сушку, равна нулю, нет расхода тепла на нагрев материала и транспортных устройств, нет до- полнительного подвода тепла в са- мой сушильной камере и потерь тепла в окружающую среду. Следователь- но, для теоретической сушилки

<7д = — Чм ~ Чт — Чп — 0 (XV,31)

и, согласно выражению (XV,28)

Д = 0

Рис. ХУ-6. Принципиальная схема кон­тактной сушилки непрерывного действия.

При этом в соответствии с урав- нением теплового баланса (XV,29а) при I ф 0 для теоретической су- шилки

/, = /2 (XV, 32)

т. е. процесс сушки в такой сушилке изображается на /—^-диаграмме линией / = const. Это означает, что 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.

В действительных сушилках энтальпия воздуха в сушильной камере обычно не остается постоянной. Если приход тепла в камеру сушилки (<7Д + cB0i) больше его расхода (qu -f- qT 4* <7ПЬ т- е- значение А положи­тельно [см. уравнение (XV,28) ], то в соответствии с уравнением (XV,29а) энтальпия воздуха при сушке возрастает (/г *> /„). При отрицательном значении А энтальпия воздуха в процессе сушки уменьшается и /2 <5 /х.

В частном случае в действительной сушилке возможны условия. при которых отдельные члены правой части уравнения (XV,27) хотя и не равны нулю, как для теоретической сушилки, но вследствие ТОГО, что приход тепла в сушильную камеру равен его расходу

<7д + cb9i = 9м + <7т + Чп (XV, 33)

значение А также будет равно нулю и процесс сушки в действительных условиях равнозначен процессу в теоретической сушилке.

Контактные сушилки. Как указывалось, при контактной сушке тепло, необходимое для испарения влагн, передается материалу не путем непосредственного контакта его с дви­жущимся горячим воздухом (или газом), а через стенку, отделяющую материал от тепло­носителя. В качестве теплоносителя при контактной сушке обычно используют насыщен­ный водяной пар. Поэтому тепловой баланс непрерывнодействующей контактной сушилки (рис. XV-6) будет отличаться от соответствующего баланса для конвективной сушилки.

Приход тепла

Расход тепла

С греющим паром . . .

Dlv

С конденсатом греющего

С влажным материалом

пара

DcqT

с высушенным мате­

G2cm0]

С высушенным материа­

риалом

лом

с влагой, испаряе­

С испаренной из мате-’

мой из материала .

риала влагой .... Потери тепла в окружа­ющую среду

WiB

Qn

Тепловой баланс контактной сушилки:

D/r -j- G2cm0, -j“ WCbOj = DcBT --j- G2cm^2 "г WiB + Qn

или

D (Zr - свГ) = G2cu (02 - 0^ + W (tB - cB0t) + Qn (XV. Zi)

Из последнего выражения может быть определен расход пара £>, тепло которого затра­чивается на нагрев высушенного материала [G2cM (02 — 0!) ], на испарение влаги [ W (ia —

  • св0))] и компенсацию потерь тепла в окружающую среду (Qn).

При проведении периодических процессов сушки тепловой баланс составляется от­дельно для стадий нагревания и сушки. При этом за расчетный принимаете^ больший из расходов пара, полученных для каждой стадии.

  1. Yandex.RTB R-A-252273-3
    Yandex.RTB R-A-252273-4