5.2. Побудова процесу сушіння на I – d -діаграмі

В якості сушильних агентів найчастіше виступають повітря, димові гази, суміш димових газів і повітря, іноді – перегріта пара.

Атмосферне повітря уявляє собою суміш сухого повітря і водяної пари. Кількість водяної пари, що втримується в атмосферному повітрі, залежить від температури, а отже від пори року та місцевості і барометричного тиску.

Зміни параметрів сушильного агенту, його витрати та витрати теплоти на процес сушіння визначають за допомогою I – d -діаграми. Як правило розрахунки проводять на 1кг вологи, що випаровується.

Згадаємо основні положення про вологе повітря, а також про I – d - діаграму.

На I – d -діаграмі (рис. 5.1) зображені: вологовміст (d, г/кг сухого теплоносія) теплоносія, його температура (^оС), тепловміст (I, кДж/м³), відносна вологість (w_відн, %) та парціальний тиск (Р_парц , Н/м²).

Рисунок 5.1. – I – d-діаграма вологого повітря при барометричному тиску 99,4 кН/м²

Абсолютна вологість повітря (γ_в.п.) – це маса водяної пари в одиниці об’єму вологого повітря (г/м³). Абсолютна вологість насиченого повітря (γ_н) залежить від температури та різко збільшується при її підвищенні.

Відносна вологість повітря (φ,%) або ступінь насичення його вологою – це відношення абсолютної вологості повітря до абсолютної вологості насиченого повітря при тій же температурі (до максимальної кількості водяної пари, яка може утримуватись в 1 м³ вологого повітря при даному барометричному тиску та температурі):

φ = ·100 % (5.8)

Відносна вологість показує здатність повітря поглинати вологу при даній температурі і може бути визначена, як відношення парціального тиску водяного пару в вологому повітрі (Р_в.п., кН/м²) до його максимально можливого тиску при постійній температурі:

φ = , (5.9)

де Р_н – парціальний тиск водяної пари насиченого повітря при тій же температурі, кН/м².

Температура, при якій відбувається повне насичення повітря водяною парою, зветься температурою точки роси. При охолодженні повітря нижче точки роси відносна вологість залишається рівною 100%, а абсолютна зменшується. При підвищенні температури вологого повітря відносна вологість його зменшується і зростає здатність поглинати водяні пари (збільшуються його сушильні властивості).

Вологовміст повітря (d) – це маса водяної пари, яка міститься в суміші, віднесена до 1 кг сухого повітря, г/кг.

Тепловміст вологого повітря – це сума тепловмісту сухого повітря і водяної пари:

I_{вол пов}=1,005·t+0,001·d_пов·(2500+1,97·t), кДж/кг сух. пов. (5.10)

де 1,005 та 1,97 – теплоємкість сухого повітря і водяної пари, кДж/кг·град;

t – температура суміші, ^оС;

2500 – прихована теплота випаровування, кДж/кг.

5.2.1. Побудова на I – d -діаграмі процесу сушіння повітрям

Процес сушіння на I – d-діаграмі будується з метою визначення витрат теплоносія і теплоти на випаровування вологи. Як правило, відомі початкова та кінцева температури повітря (t_поч ,t_кінц) та матеріалу (t_поч^мат, t_кінц^мат), з якою вони надходять у сушарку та виходять із неї, початкова та кінцева відносна вологість матеріалу (w_поч^мат, w_кінц^мат), а також продуктивність сушарки (кількість вологи, що випаровується за 1 секунду).

Для побудування процесу сушіння (рис. 5.2) відкладаємо на I – d -діаграмі точку А, яка характеризує початкові параметри зовнішнього атмосферного повітря (t_атм^пов, d_атм^пов = d₁ та φ_пов). Зовнішнє повітря перед подачею в сушило підігрівають до початкової температури, при цьому його вологовміст не змінюється, а температура і тепловміст зростають. На I – d -діаграмі цей процес зображується вертикальною лінією АВ до перехрещення з t_поч. З параметрами точки В (t_поч , I_поч, d_п, φ_поч) повітря входить до сушарки.

При теоретичному процесі сушіння, коли враховуються лише витрати теплоти на процеси випаровування вологи із матеріалу, процес протікає при постійному тепловмісті і збільшенні вологовмісту по лінії ВС до перехрещення з t_кінц. Точка С

Рисунок 5.2. – Побудова на I – d-діаграмі процесу сушіння повітрям

характеризує параметри повітря в кінці теоретичного процесу сушіння (d₂, φ_кінц, I_поч).

Теоретичні витрати повітря на процес випаровування 1 кг вологи розраховуються за формулою:

L_теор= , кг сух. пов./кг вип. вол. (5.11)

В реальних умовах теплота повітря витрачається ще і на нагрівання матеріалу, транспортуючих засобів, крізь отвори в сушарці, а також втрачається крізь футерівку та інше. Всі ці витрати розраховують за формулами, які були наведені у відповідних розділах та відносять до 1 кг вологи, що випаровується (кДж/кг вип. вол.) = ∑q_втр.

Втрати тепломісткості складуть:

I_втр = , кДж/кг сух. пов. (5.12)

Це значення I_втр відкладають по лінії постійного вологовмісту (від т. С униз). Отриману точку Д з’єднують з точкою В, лінія ВД на перехрещенні з лінією кінцевої температури (t_кінц) дає точку Е, яка характеризує параметри повітря в кінці дійсного процесу сушіння (t_кінц , d_кінц , I_кінц , φ_кінц).

Дійсні витрати повітря на процес сушіння розраховують за формулою:

L_дійсне= , кг сух. пов./ кг вип. вол. (5.13)

Витрати атмосферного повітря в об’ємних одиницях:

V_дійсне = v · L_дійсне , м³ вол. пов./кг вип. вол., (5.14)

де v – об’єм вологого повітря на 1 кг сухого, м³/кг (таблична величина, значення наведені, наприклад, у [4]).

Витрати теплоти на процес видалення 1 кг вологи:

q = L_дійсне·(I_поч - I_пов) - С·t_поч^мат , кДж /кг вип. вол., (5.15)

де С·t_поч^мат – теплота внесена вологою матеріалу при його початковій температурі, кДж/кг. вип. вол.;

С = 4,187 – теплоємкість води, кДж/кг·град.