Термическое обезвоживание

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕМА: ТЕРМИЧЕСКОЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЕ

Сушкой называется процесс обезвоживания материала, основанный на испарении влаги в окружающую среду при нагревании. При сушке удаляется только та влага, которая связана с материалом механическими или физико-химическими связями.

Процесс сушки относится к массообменным процессам, т.к. происходит перемещение тепла и влаги внутри материала и их перенос с поверхности материала в окружающую среду.

В качестве теплоносителя - сушильного агента - применяются дымовые газы, нагретый воздух, перегретый пар. Используются дымовые газы, образующиеся при сгорании твердого, жидкого или газообразного топлива.

Скорость сушки определяется по снижению влажности материала за определенный период времени и зависит от формы связи влаги с материалом. Изменение скорости сушки характеризуется кривой сушки (рис. 22.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

На кривой сушки можно выделить участки, соответствующие трем периодам сушки.

I период (участок АВ) - прогрев материала. Влажность снижается незначительно, температура материала и скорость сушки возрастают.

II период (участок ВС) - скорость сушки постоянна. Влага из внутренних слоев материала поступает к поверхности и заменяет уже испарившуюся, т.е. испарение происходит со свободной поверхности. Скорость сушки в этом периоде зависит только от внешних условий - температуры, влажности и скорости движения сушильного агента. Температура материала остается постоянной. II период заканчивается при критической влажности материала Wкр. (влагосодержание).

III период (участок СD) - характеризуется снижением скорости сушки. Диффузия влаги из внутренних слоев материала к поверхности недостаточна для насыщения поверхности влагой. В конце III периода влажность приближается к равновесной Wp, при которой испарение влаги прекращается. Температура материала увеличивается и приближается к температуре окружающего газа. Скорость сушки в этом периоде зависит от толщины слоя материала и его влажности и определяется скоростью диффузии влаги из внутренних слоев к поверхности и не зависит от скорости движения сушильного агента и его влажности.

Таким образом, скорость процесса сушки в основном зависит от свойств сушимого материала, а именно от сопротивления диффузии при переходе водяного пара из внутренних слоев к поверхности материала. На кривой скорость сушки выражается тангенсом угла наклона б .

Для расчета рабочего объема сушилок используется напряжение объема сушилки по влаге w (кг/м3.ч). Этот параметр определяет массу влаги, испаряющейся за 1ч в 1м3 сушилки. Рабочий объем сушилки определяется из соотношения:

Vp = W / w .

Здесь W - общая масса влаги, удаляемая за весь процесс.

В процессе сушки важное значение имеют параметры влажного воздуха: давление р, влагосодержание d, теплосодержание I (энтальпия). По закону Дальтона давление влажного воздуха:

р = рв + рп ,

где рв , рп - парциальные давления сухого воздуха и водяного пара.

Насыщенный влажный воздух при каждом определенном давлении и температуре содержит максимально возможную массу водяного пара. Воздух, полностью насыщенный водяным паром, представляют как смесь сухого воздуха и сухого насыщенного пара. При этом давление пара рп = рнас. пара .

Влагосодержание d (кг/кг) определяется как соотношение масс водяного пара и сухого воздуха:

d = m / M .

Здесь m - масса водяного пара во влажном воздухе, кг; М - масса сухого воздуха во влажном газе, кг.

Влагосодержание воздуха, выраженное через парциальное давление насыщенного пара, будет:

d = 0.622 pн / (p - pн) .

Удельная энтальпия (теплосодержание), кДж/кг, влажного воздуха при данной температуре определяется как сумма энтальпий сухого воздуха и водяного пара:

термический обезвоживание сушилка

I = Cc.r. t + d In .

Здесь Сс.г. - средняя удельная теплоемкость сухого газа, t - температура, оС, I - удельная энтальпия перегретого водяного пара ( Iп = 2493 + 1.97t ), кДж/кг.

Тепловые расчеты сушильных установок сводятся к определению количества сушильного агента, потребного для сушки материала с определенной влажностью и к определению расхода тепла на сушку.

Удельный расход тепла в практической сушилке (кДЖ/кг) на 1 кг испаренной влаги определяется из выражения:

q = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 .

Здесь q1 - расход тепла на испарение влаги, q2 - расход тепла на нагрев материала,

q3 - расход тепла на нагрев транспортных устройств сушилки, q4 - потери тепла с уходящим из сушилки сушильным агентом, q5 - потери тепла в окружающую среду через поверхность сушилки.

В сушильной установке соблюдается материальный баланс по ряду параметров. При сушке изменяется масса материала G , его влажность Wr и температура t, а также влагосодержание сушильного агента d (рис. 22.2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для определения баланса сушильной установки по влаге обозначим: G1 - количество влажного материала, поступающего в сушилку, т/ч; G2 - количество высушенного материала, выходящего из сушилки, т/ч; W1r - начальная влажность материала, %; W2r - конечная влажность материала, %; L - количество абсолютно сухого сушильного агента, кг/ч; d1, d2 - влагосодержание сушильного агента при входе и выходе из сушилки, кг/кг; W - количество испаренной влаги, т/ч.

Количество влаги, содержащейся во влажном материале:

Wн = G1 W1r / 100 .

Количество влаги, содержащейся в высушенном материале:

Wк = G2 W2r / 100 .

Количество влаги, испаренной в 1 час:

W = Wн - Wк = (G1 W1r - G2 W2r ) / 100 .

Количество влаги с Количество влаги с исходным продуктом высушенным продуктом

G1 W1r / 100 G2 W2r / 100

Количество влаги с Количество влаги, уходящей с сушильным агентом отходящими газами

L d1 / 1000 L d2 / 1000

Всего:

(G1 W1r / 100) + L d1 / 1000 (G2 W2r / 100) + L d2 / 1000

Соблюдение баланса:

(G1 W1r / 100) + L d1 / 1000 = (G2 W2r / 100) + L d2 / 1000,

(G1 W1r / 100) - (G2 W2r / 100) = (L d2 / 1000) - (L d1 / 1000),

Wисп = L (d2 - d1) / 1000 .

Отсюда: L = 1000 Wисп / (d2 - d1).

Расход сушильного агента на 1 кг испаренной влаги составит:

l = L / Wисп = 1000 / (d2 - d1) , кг/кг влаги

Детальный расчет сушилки является сложным и трудоемким. Тепловые расчеты сушилок упрощаются с применением I-d диаграммы, предложенной проф. Л.К. Рамзиным. По диаграмме определяются расходы тепла q = f1(I, d) и воздуха l = f2(d) , а также любые параметры влажного воздуха (I, d, t, ц, pn ) и температура материала, если известны два из них. Особенностью диаграммы является расположение линий равных энтальпий I и влагосодержания d под углом 135о. Общий вид диаграммы и ее упрощенное представление показаны на рис. 23.1.

Кривые одинаковой влажности ц при t = 99.4о имеют перелом, т.к. при этой температуре давление насыщенного пара равно барометрическому (99.25 кН/м2) и влагосодержание воздуха не изменяется. Ниже значения ц = 100% пар является насыщенным и частично сконденсированным в жидкость, выше ц = 100% влажный воздух можно представить как смесь сухого воздуха и насыщенного пара.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для теоретической сушилки фрагмент диаграммы имеет вид, показанный на рис. 23.2.

В точке А существует холодный воздух, имеющий перед нагревом параметры: температуру to и влагосодержание do. Линия АВ соответствует нагреву воздуха, который происходит при постоянном влагосодержании (d = const), при этом энтальпия (теплосодержание) и температура увеличиваются. Параметры воздуха в точке В: температура t =t1, энтальпия I = I1 , влагосодержание d = d1 = do.

Теоретический процесс сушки будет происходить при постоянной энтальпии по линии В1С до пересечения с линией заданной температуры tконечн. = t2 = const или с линией конечной относительной влажности ц2 = const. Расход воздуха на 1кг испаренной влаги определяется непосредственно на диаграмме по длине отрезка DC:

l = 1000 / ( d2 - d1 ) = 1000 / DC*M d, кг.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Здесь M d - масштаб по влагосодержанию d , кг/мм.

Расход тепла на подогрев 1 кг воздуха характеризуется линией АВ в масштабе теплосодержания М I (кДж/мм). Расход тепла на 1 кг испаренной влаги составит:

q = l ( I1 - I0 ) = (1000 / DC*M d) АВ*M I .

В практической сушилке в отличие от теоретической происходят потери тепла, поэтому I2 ? I1 . При сушке без дополнительного подвода тепла в сушилку I2 < I1 , т.е. потери тепла Д на испарение влаги, нагрев материала и в окружающую среду больше количества тепла с исходным питанием (Д < 0).

Д = И - Уq.

Здесь И - количество тепла в исходном материале, зависящее от его температуры, Уq - суммарные потери тепла.

Для практической сушилки диаграмма I-d показана на рис. 23.3. Работают с диаграммой следующим образом. Вначале строятся линии как и для теоретической сушилки. Затем на линии ВС (для теоретической сушилки) отмечается произвольная точка Е, из которой вниз по вертикали откладывается в масштабе значение Д (при Д < 0) или вверх (при Д > 0 - с подводом тепла к сушилке), определяющее положение точки Е1. Из точки В проводится прямая линия через точку Е1 до пересечения с линией заданных параметров t2 и I2 , и находится точка С1, параметры которой соответствуют конечным. После этого определяют расход агента сушки l и тепла q на 1 кг испаренной влаги в соответствии с известными масштабами и измеренной длиной отрезков, как и для теоретической сушилки. Количество сухого агента сушки, необходимого для испарения всей влаги из материала будет:

L = l W, кг/ч

Размещено на Allbest.ru