Материальный баланс сушки

Обозначим:

G₁ – количество влажного материала, поступающего на сушку, кг/ч;

G₂ – количество высушенного материала;

W₁, W₂ – начальная и конечная влажность материала, %;

W – количество влаги, удаляемой из материала при сушке.

По всему материалу: ; по абсолютно сухому веществу в высушиваемом материале: ; отсюда .

Основное уравнение материального баланса конвективной сушки

.

Основная схема конвективной сушки

Рассмотрим основную схему конвективной сушки.

Пусть на сушку поступает воздух с влагосодержанием х₀, расход абсолютно сухого воздуха L. Из сушилки выходит такое же количество абсолютно сухого воздуха, а влагосодержание меняется до х₂. W – количество влаги, испарившееся в сушилке, кг/ч, L – кг/ч, х – кг/кг.

Материальный баланс по влаге: → .(*)

Удельный расход воздуха на испарение из материала 1кг влаги: (**), х₁ – влагосодержание воздуха, нагретого в калорифере и поступающего в сушилку. Пройдя калорифер воздух не отдаёт влаги, т.е. х₀ = х₁, тогда уравнение (*) и (**) материального баланса может быть записано ; .

Тепловой баланс процесса конвективной сушки.

В сушилку поступает G₁ кг/ч исходного материала при θ₁˚С. Испаряется в сушилке W кг/ч влаги. G₂ (кг/ч) – количество высушенного материала, удаляемого из сушилки при , С_м- теплоемкость высушенного материала, Св – теплоёмкость влаги. В сушилку подаётся сушильный агент, который содержит L кг/ч абсолютно сухого воздуха. Перед калорифером энтальпия воздуха I₀ (Дж/кг), после калорифера (после нагрева) – I₁. На выходе из сушилки отработанный воздух имеет энтальпию I₂.

Следует учесть транспортные средства в сушилке: G_т – масса этих устройств, кг; С_т – удельная теплоёмкость транспортных средств;

t_тн – температура на входе в сушилку; t_тк – температура транспортных средств на выходе из сушилки.

Приход тепла.

С наружным воздухом – LI₀.

С влажным материалом:

а) с высушенным материалом - ;

б) с влагой, испарённой из материала –W c_B

С транспортными устройствами - .

В калорифере К₁ - и К₂ - .

Расход тепла.

С отработанным воздухом - LI₂.

С высушенным материалом - .

С транспортом - .

Потери в окружающую среду – Q_п.

Таким образом тепловой баланс:

Отсюда общий расход тепла:

Поделив на W, получим удельный расход тепла на 1кг испарённой влаги:

( ); где

q_м – удельный расход тепла на нагрев высушенного материала;

q_т – удельный расход тепла на нагревание транспортных средств.

С другой стороны - расход тепла во внешнем калорифере. . Подставим в ( ), перегруппируем и получим:

Обозначим =Δ, тогда , или (1).

Δ – это разность между приходом и расходом тепла в камере сушилки, без учёта тепла приносимом воздухом из основного калорифера.

Δ – внутренний баланс сушильной камеры.

На прошлой лекции в (1), получим .

Для анализа и расчёта сушки вводится понятие теоретической сушки, т.е. где Δ = 0, т.е. .

И для теоретической сушилки (следует из (1)). Это означает, что испарение влаги в теоретической сушке происходит только за счет охлаждения воздуха. В действительных сушилках Δ><0, а в частном случае Δ = 0.

Определение расходов воздуха и тепла на сушку определяется графически с помощью I-х диаграммы и аналитически (применяется в отдельных случаях). Графический способ наиболее распространён.

Кинетика сушки

А

Кинетика сушки характеризуется изменением во времени средней влажности материала. Состоит из периодов: АВ – период нагрева материала; ВС – период постоянной скорости сушки. Влажность интенсивно уменьшается. - первая критическая влажность. СД – период падающей скорости сушки. Точка перегиба Д соответствует второй критической влажности . В конце второго периода влажность материала асимптотически приближается к равновесной.

Скорость сушки

Скорость сушки определяется с помощью кривой сушки путём графического дифференцирования.

В конкретном случае вид может отличаться от приведённого (зависит от формы и структуры материала, формы связи влаги). Соответственно меняется зависимость v=f(W_C) (см. рис). СВ – период постоянной скорости; СЕ – II период (падающая скорость); т.С – первая критическая влажность, т.Д – вторая критическая влажность.