4. Материальный баланс конвективной сушки.

Материальный баланс имеет целью определение количества (расхода) испаренной влаги и расхода сушильного агента. Его составляют для потоков высушиваемого материала и газа.

При составлении баланса по высушиваемому материалу в качестве исходвых параметров используют влажность (w) и влагосодержание ( ) материала. Обозначив через G₁, и G₂, расходы искодхого и высушенного материала, w₁ и w₂ -их влажности, а через W-расход удаляемой из материала влаги, получим материaльный баланс в форме системы из двух уравнений:

(1) по всему веществу

(2) по сухому веществу

Найдем расход удаляемой влаги

(3)

Эта влага в процессе сушки в виде паров поступает в сушильный агент, влагосодержание которого повышается. Таким образом, для газовой фазы можно записать следующее уравнение:

(4) по влаге

где L-расход сушильного агента (газа) кг/с; х₁, х₂ -влагосодержание газа на входе и на выходе из сушильной камеры в расчете на 1 кг абсолютно сухого газа.

Из уравнения (4) найдем расход сушильного агента, необходимого для сушки:

(5)

В расчетах и анализе процесса сушки используют понятие об удельном расходе сушильного агента (в килограммах газа на 1 кг испаряемой воды):

(6)

5. Тепловой баланс конвективной сушки.

По основному варианту конвективной сушки (рис. 21-5) сушильный агент, нагретый в калорифере, однократно проходит сушильную камеру, двигаясь прямо- или противоточно по отношению к материалу.

Обозначим параметры сушильного агента до калорифера индексом 0 (х₀, Н_о), после калорифера - индексом l (х₁, Н₁) и после сушильной камеры индексом 2 (х₂, Н₂).

Влажный материал в количестве G₁ (в кг/с) при прохождении сушилки меняет свою энтальпию от Н_М1, до Н_М2. Считая энтaльпию влажного материала аддитивно складывающейся из энтальпии высушенного материала и содержащейся в материале влаги, получим поток теплоты, входящий с материалом в сушилку:

(1)

где с_М-теплоемкость высушенного материала, Дж/(кг К); Т₁-температуры материала поступающего в сушилку, °С; с_В-теплсемкость воды, Дж/(кг К).

Поток теплоты с покидающим сушилку материалом

(2)

где Т₂ - температура высушенного материала, уходящего из сушильной камеры, °С.

Теплота, необходимая для сушки, подводится из калорифера (Q_К). Учитывая все поступающие (с сушильным агентом LНо, с влажным материалом ) и уходящие (с сушильным агентом LH₂, с высушенным материалом , потери теплоты в окружающее пространство Q_П) тепловые потоки, можно получить уравнение теплового баланса

(3)

Тогда расход теплоты на сушку равен

(4)

Расход теплоты в калорифере при нагреве воздуха паром можно записать

(5)

Т.о. находят расход пара в калорифере D кг/с.

Можно переписать (4) и (5) в виде

(6)

(7)

Разделим обе части уравнения на W расход удаляемой влаги:

(8)

где q_М – удельный расход теплоты на нагрев материала, q_П – удельные потери теплоты.

Переобозначив (9)

(10) – уравнение прямой линии

6. Построение процесса сушки на I-d (н-х) диаграмме влажного воздуха.

Определить расходы сушильного агента и теплоты можно аналитическим способом, основываясь на полученных выше уравнениях материального и теплового балансов, а также на выражениях, описывающих теплофизические свойства сушильного агента. Однако существует более простой и наглядный графоаналитический метод, который заключается в использовании диаграммы Н – х (i-d).

Н а диаграмме Н-х можно показать, каким образом будут изменяться параметры сушильного агента (воздуха или дымовых газов) при его последовательном прохождении через калорифер и сушильную камеру, а затем определить его расход и необходимое количество теплоты на сушку.

Нагрев воздуха в калорифере от исходных параметров (х₀, φ₀) или соответственно (х_о, Н_о) до конечного состояния в калорифере или, что то же самое, до начального состояния в сушильной камере (t₁, Н₁, х₁) характеризуется вертикальной линией АВ, так как влагосодержание газа в калорифере не меняется (x₀=x₁).

Во время сушки переменными являются все параметры, характеризующие состояние газа. В частности, изменение энтальии и влагосодержания описывается уравнением:

(1)

Очевидно, что это линейное уравнение, в котором величина Δ, часто называемая внутренним балансом сушильной камеры, представляет собой наклон линии сушки.

В зависимости от Δ линия реального сушильного процесса может занять одно из трех возможных положений (ВС при Δ= 0, ВС₁ при Δ > 0 и ВС₂ при Δ < 0). Величину Δ находят при этом из теплового баланса сушильной камеры.

Сушка при Δ = 0 (т. е. при постоянной энтальпии воздуха Н₁ = Н₂) возможна в двух случаях:

1. при так называемой теоретической сушке, когда процесс является адиабатичесхим, т. е. q_М = 0, q_П = 0

2. при протекании реального процесса, когда удельные расходы теплоты на нагрев высушенного материала, транспортных устройств, удельные потери теплоты компенсируются подводом дополнительной теплоты.

Определив величину Δ и построив линию реального сушильного процесса, определяют величину конечного влагосодержания воздуха х₂ (или Н₂). При этом удельные расходы воздуха и теплоты на сушку определяют по известным уравнениям