Определение расходов воздуха и тепла на сушку
К числу основных задач технологического расчета конвективных сушилок относится определение расходов воздуха (газа) и тепла на сушку. Эти величины могут быть найдены как чисто аналитическим, так и графоаналитическим путем (с помощью изображения процесса на 1-х-диаграмме). Расчет сушилок с использованием I—л:-диаграммы нагляден и дает достаточно .точные для практических Целей результаты. Кроме того, он значительно менее трудоемок, чем аналитический, и поэтому широко используется в инженерной практике. Аналитический расчет применяется лишь в отдельных случаях, например при необходимости уточнить результаты расчета в случае малых перепадов температур и влаго- содержаний сушильного агента.
Графоаналитический расчет. Рассмотрим изображение процесса сушки в теоретической сушилке (рис. XV-7, а). Для расчета должны быть известны два любых параметра наружного воздуха; обычно такими параметрами являются его температура tQ и относительная влажность ф0. По пересечению линий tо = const и ф„ = const находят точку А, характеризующую состояние воздуха перед калорифером. Из точки А проводят вертикаль до пересечения с изотермой tL = const, где tx — температура воздуха после калорифера, которая должна быть задана. Точка пересечения В характеризует состояние нагретого воздуха перед входом в сушильную камеру. Вертикальный отрезок АВ изображает процесс нагрева воздуха в калорифере, протекающий при х0 = хх — const (хх — влагосодержание нагретого воздуха).
Из точки В проводят линию /,, которой изображается адиабатический процесс изменения состояния воздуха в сушилке. Кроме значений xQ, ф0 и tx, при расчете должен быть задан один из параметров отработанного воздуха — обычно t2 или ф2. Поэтому, продолжая линию /1 = const до пересечения с изотермой ts = const или линией ф2 = const, получают точку С, выражающую состояние отработанного воздуха на выходе из сушилки. Отрезок ВС, параллельный оси абсцисс (/1 == /2 = const), изображает охлаждение воздуха в процессе сушки.
Ломаная линия ABC — графическое изображение всего процесса изменения состояния воздуха в теоретической сушилке (в калорифере и сушильной камере), работающей по основной схеме.
598 Гл. XV. Сушка Завершив построение, для точек Л и С находят на диаграмме значения х0 — хг и х2 [для расчета удельного расхода воздуха по уравнению (XV,24) ] и для точек В и А — значения /х и 10, с помощью которых по уравнению (XV,26) определяют удельный расход тепла <?к в основном калорифере. Умножив величины I и дк на Ш, находят расходы воздуха Ь и тепла <2 на сушку. Удельные расходы сухого воздуха и тепла в калорифере можно также определить графически по диаграмме /—х. Для этого из точки С (см. рис. ХУ-7, а) опускают перпендикуляр на линию АВ до пересечения в точке О. Отрезок СО характеризует разность влагосо- держапий (*2 — х0), или (хг — я-,). Пользуясь отрезками АВ и СО, измеренными на диаграмме, находят удельные расходы воздуха I = 11СОтх и тепла в калорифере: ч к : rrijAB mxCD или qK М АВ CD где М Рис. XV-7. Изображение процессов сушки на /—лг-диаграмме: а — теоретическая сушилка; б — действительная сушилка. Для изображения процесса в действительной сушилке из точки А, характеризующей состояние воздуха перед калорифером, проводят вертикаль до пересечения с заданной изотермой tt.= const — точка В. В уравнении (XV,30) координаты конечной точки (х2, /2) можно заменить на текущие координаты (х, I) для некоторой произвольно выбранной точки е, лежащей на прямой линии процесса в сушильной камере действительной сушилки. Тогда (XV, 35) В уравнении (XV,35) неизвестными являются лишь величины I п х. Задаваясь значением х (или /) по уравнению (XV,35) можно вычислить значение величины / (или х) и таким образом найти координаты точки е (х, I). Соединяя точки е и В и продолжая отрезок Be до пересечения с заданным параметром отработанного воздуха (например, с линией <р2 = const), находят точку Сг (при A f>0) или С2 (при А <3 0), выражающую состояние отработанного воздуха. Для этой точки (Сj или С2) находят величину хъ [для определения удельного расхода воздуха по уравнению (XV,24)]. Опуская из точки Сг или С2 перпендикуляр на вертикаль АВ, будем иметь соответственно отрезок ClDl или C2Z)2, характеризующий увеличение влагосодержания воздуха в сушильной камере в условиях действительного процесса.
6. Определение расходов воздуха и тепла на сушку 599 При известных параметрах наружного воздуха (обычно t0 и ф0) расчет сушилок возможен и в том случае, если температура нагрева воздуха 1Л не задана в явном виде, а известны какие-либо два параметра отработанного воздуха (например, t2 и ср2). В этом случае построение процесса начинают от заданной точки (С, С1 или С2). Для теоретической сушилки (см. рис. XV-7, а) из заданной точки С проводят линию /1=/2 = / = const до пересечения с вертикалью х0 — const в точке В, через которую и проходит искомая изотерма tr = = const. Построение процесса для действительной сушилки также начинают от заданной точки Сг (при А >»0), от которой откладывают вниз (в масштабе энтальпий) отрезок CtKi = А/1 = А (л:2— х^)/тх (рис. XV-7, 6) и через полученную точку Ki проводят ЛИНИЮ /j = const до пересечения с линией х0 — const в точке В. Через эту точку будет проходить искомая изотерма t1 = const. Точку В, характеризующую состояние воздуха при поступлении в сушильную камеру, соединяют с точкой CV Линия АВС1 изображает процесс в действительной сушилке при Д J>0, когда изменение состояния воздуха в сушильной камере происходит с повышением энтальпии (I2 i> / j)- Как видно из рис. XV-7, в этом случае линия BClt характеризующая изменение состояния воздуха в сушильной камере, проходит более полого, чем линия /i= const для теоретической сушилки. При Д <" 0, когда изменение состояния воздуха в сушильной камере происходит с понижением энтальпии (/2 << /1), отрезок СгК2 = ДИ — = Д (х2 — х0)1т1 откладывают вверх от заданной точки С2 (см. рис. XV-7, б). Через полученную точку К2 проводят линию 1\ = const до пересечения с линией х0 — const в точке В. В этом случае (при А < 0) прямая ВС2 проходит более круто, чем /х = const, что указывает на понижение энтальпии воздуха в сушильной камере (/, г> /2).. Удельные расходы сухого воздуха / и тепла на калорифер qK определяют так же, как это указывалось выше. Аналитический расчет. Определение расходов воздуха и тепла на сушку возможно также чисто аналитическим способом — с помощью уравнения теплового баланса (XV,30). Для расчета должны быть известны основные параметры (tB и <р0) воздуха, поступающего в калорифер. Температура воздуха, выходящего из калорифера, ^ принимается не выше допускаемой для данного материала температуры сушки. Значения х0 (равное Xj) и 1Х вычисляют по формулам (XV,6) и (V,9) соответственно. Одним из параметров отработанного воздуха (t2 или <р2) при расчете необходимо задаться. Если задана температура t2, то по уравнению (XV,9) находят энтальпию отработанного воздуха /а в виде функции от пока неизвестного его влагосодержания х2. Подставляя полученное выражение /2 в уравнение (XV,30), решают его относительно хг\ X — 1000^+ Axi~h ,xv 381 2 Д— 1,97-103^ —2493-Ю3 Рассчитав x-3 по уравнению (XV,9), определяют /2. Теперь можно рассчитать удельные расходы воздуха [по уравнению (XV,24)] и тепла [по уравнению (XV,26) ]. Если же значение ?2 неизвестно и задана относительная влажность отработанного воздуха <р2, то, приравнивая выражения х2 по уравнениям (XV,36) и (XV,6), получим 1000^г ~г Лх1 /2 Фг^н (YV ^'1.97.10^2'-'2493-1о5 ~ °’622 (XV,3?) где р’—давление насыщенного водяного пара в отработанном воздухе. Задаваясь произвольно температурой t2, по справочным таблицам находят соответствующее давление рн. Подставляя это значение рн в уравнение (XV,37), рассчитывают его правую и левую части, которые должны быть равны друг другу. В случае несовпадения их численных значений снова задаются /2 и, таким образом, подбором определяют истинное значение (ч-
600 Гл. XV. Сушка