Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Транспортная энергетика (хладотранспорт) Минимаркер Материальный и тепловой баланс сушки

Материальный и тепловой баланс сушки

Страница 5 из 10

В качестве исходных данных для расчета основных показателей процесса сушки обычно задаются характерные физические, химические и геометрические свойства сырого материала, его начальная и конечная влажность, максимально допускаемые температуры сушки, кривые скорости сушки и производительность установки.

Важным этапом в расчете сушильной установки является составление материального и теплового балансов. Из материального баланса определяют количество удаляемой влаги, сухого материала, получаемого в результате сушки, и расход сушильного агента. Тепловой баланс позволяет выявить удельный расход теплоты на 1 кг испаренной влаги, потери теплоты с уходящим сушильным агентом и в окружающую среду, коэффициент полезного действия, а также расход топлива на сушку.

Для непрерывно действующих сушильных установок материальный баланс относится к единице времени (τ = 1 с), а тепловой — как к единице времени, так и к единице выпаренной влаги. Для установок периодического действия, как правило, балансы составляют на весь период сушки.

Материальный баланс непрерывно действующей сушильной установки. При составлении баланса обычно пренебрегают потерей материала и сушильного агента. Массы высушенного и сырого материала связаны уравнением материального баланса

G1 = G2 + W, (34)

где W — количество удаленной в процессе сушки влаги, кг/с.

Количество влаги, поступающей и выходящей из сушильной камеры:

W1 = (G1·ω­1)/100, W2 = (G2·ω2)/100, } (35)

где G1, G2 — количество материала, поступающего и выходящего из сушильной камеры, кг/с; W1, W2 — соответственно количество поступающей и выходящей из сушильной камеры влаги, кг/с; ω­1, ω2 — влагосодержание в сыром и высушенном материале, отнесенное к общей массе, %:

230314_f20

Влагосодержание, отнесенное к сухой массе,

ωc = (W / Gc)·100, (37)

Формулы Для пересчета одного вида влажности на другой:

230314_f21

где ω — влагосодержание, отнесенное к общей массе, % .

Количество сухого вещества, %,

230314_f22

Количество испаренной влаги, %,

W = G1 - G2 = (G1·ω­1 - G2·ω2) / 100, (40)

или после простого преобразования равенств (39) и (40) получим

230314_f23

Расход сухого воздуха L в герметически газоплотной конвективной сушильной камере с однократным его использованием можно определить из уравнения баланса влаги

230314_f24

где L0, L2— количество воздуха, поступающего и уходящего из сущильной камеры, кг/с (в данном случае L0 = L2 = L); d0, d2 — влагосодержание воздуха на входе и выходе из сушильной камеры, г/кг сухого воздуха.

После преобразования

230314_f25

Удельный расход воздуха на 1 кг выпаренной влаги

230314_f26

Тепловой баланс. На рисунке 4, а представлены принципиальная схема конвективной сушильной установки, работающей по разомкнутому циклу, и изображение процесса сушки в Id-диаграмме. В соответствии с обозначениями на схеме тепловой баланс можно представить следующим равенством:

L0·I0 + Qк + G2·c′м·t′м + W·cв·t′м + Gтр·c′тр·t′тр + Qд = L2·I2 + G2·c′′м·t′′м + Gтр·c′′тр·t′′тр + Qп, (45)

где I0, I2 — энтальпии воздуха перед калорифером и на выходе из сушильной камеры, кДж/кг сухого воздуха; Qк — количество теплоты, подведенное в основном калорифере, кВт; c′м, c′′м — теплоемкости материала при температуре на входе t′м и выходе t′′м из сушильной камеры, кДж/(кг·К); G2 — количество сухого материала, G2 = G1 - W, кг/с; Gтр — масса транспортных устройств, отнесенная к единице времени, кг/с; c′тр, c′′тр — теплоемкость транспортных устройств при температуре на входе t′тр и выходе t′′тр из сушильной камеры; Qд — количество теплоты, подведенное в сушильную камеру через дополнительный калорифер, кВт; Qп — потеря теплоты в окружающею среду, кВт.

Принципиальная схема конвективной сушильной установки

Рис. 4 – Принципиальная схема (а) конвективной сушильной установки, работающей по разомкнутому циклу, и (б) — процесс сушки в Id-диаграмме: 1 — дутьевой вентилятор; 2 – основной калорифер; 3 — дополнительный калорифер в камере; 4 — сушильная камера

Теплоемкость влажного материала

230314_f27

где с0, св — теплоемкость сухого вещества и воды.

После несложных преобразований и деления всех членов равенства (45) на W получим уравнение теплового баланса, отнесенного к 1 кг испаренной влаги,

qд + qк = l·(I2I0) + qм +qтр + qп + св·t′м, (47)

где qк, qд — удельный расход теплоты на 1 кг испаренной влаги в основном и дополнительном калориферах, кВт/кг; qм, qтр, qп — расход теплоты на нагревание материала, транспортных устройств, потери в окружающую среду, кВт/кг:

230314_f28

где k — коэффициент теплопередачи, кВт/(м2·К); Δt — температурный напор, град; F — поверхность ограждений отдельных участков, м2.

Если допустить, что в равенстве (47) qм = 0; qтр = 0; qп = 0; qд = 0; t′м = 0, то

qк = l·(I2I0). (49)

В то же время расход теплоты на подогрев воздуха в основном калорифере

qк = l·(I1I0), (50)

где I1 — энтальпия воздуха за калорифером.

Приравнивая правые части равенств (49) и (50), получим

I1 = I2 = I, (51)

то есть процесс сушки идет при постоянной энтальпии. Вся теплота, переданная от воздуха материалу, расходуется на испарение влаги и возвращается в поток воздуха с парами (как теплота фазового перехода жидкости в пар). Такой процесс называют теоретическим.

Процесс теоретической сушки на Id-диаграмме (рис. 4, б) изображен линиями АВ — подогрев воздуха в калорифере при d0 = d1; ВС — процесс сушки или испарения влаги при I = const.

Под теоретической сушилкой понимают такую условную установку, в которой отсутствуют потери теплоты в окружающую среду, на нагревание материала и транспортных устройств и в которой температуру материала при входе и выходе из сушильной камеры принимают равной 0 °С.

Энтальпия влажного воздуха при атмосферном давлении по Id-диаграмме

I = Iсв + 0,001·d·iп = cсв·t + 0,001·d·(2493 + 1,97·t), (52)

где ссв — теплоемкость сухого воздуха.

В зимнее время расход теплоты на нагревание материала увеличивается, так как часть влаги в материале находится в замерзшем состоянии. Из опытов установлено, что в основном замерзает только свободная влага, а связанная остается в переохлажденной жидкой фазе.

Для размораживания требуется дополнительный расход теплоты на подогрев льда до 0 °С и превращения его в воду. В этих случаях расход теплоты на нагревание материала

230314_f29

где W′′ — количество размораживаемого льда в единицу времени, кг/с;

230314_f30

где ω′ — влажность материала, ниже которой влага не замерзает, а выше которой находится в состоянии льда.

В равенстве (47) сумму всех потерь обозначим через Δ, тогда

- Δ = - [(qд + с′в·t′в) – (qм + qтр + qп)]. (55)

Подставляя в уравнение теплового баланса (47) Δ и заменяя qк = l·(I1I0), получим

230314_f31

откуда

I2I1 = 0,001·(d2d1)·Δ, (57)

где d1 = d0, так как при подогреве воздуха в калорифере его влагосодержание не изменяется.

Равенство (57) представляет собой уравнение прямой, то есть зависимость между параметрами I и d в процессе сушки прямолинейна.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика