Конвективная сушка

Конвективная сушка – сушка влажного материала в потоке горячего воздуха или топочных газов, которые при этом являются тепло- и влагоносителями. Так как в качестве сушильного агента при конвективной сушке наиболее часто используют воздух, ее называют воздушной сушкой.

Материальный баланс конвективной сушки составим при условии, что масса влажного материала, поступающего на конвективную сушку, G_н с влажностью с_н, выраженной в процентах (массовых долях), а после сушки получим массу высушенного материала G_к с влажностью с_к и количеством испаренной влаги W. В этом случае материальный баланс для этих потоков может быть записан

а для сухого твердого вещества представлен в виде

где с_н и с_к – влажности, %.

Из уравнений (14.8) и (14.9) может быть получено либо количество высушенного материала , либо количество испаренной влаги

В процессе конвективной сушки участвует также воздух, абсолютно сухое количество которого обозначим L. При подаче на сушку его влагосодержание составляет х₁, а после сушки и поглощения испаренной влаги в количестве W оно становится равным х₂.

Баланс конвективной сушки по влаге в сушильном агенте может быть в этом случае записан

откуда расход воздуха

Важной характеристикой процесса конвективной сушки является удельный расход воздуха (на 1 кг испаренной влаги)

зависящий от разности влагосодержания отработавшего и свежего воздуха.

Тепловой баланс конвективной сушки составим для конвективной сушилки, схема которой представлена на рис. 14.4. Допустим, что на высушивание поступает влажный материал в количестве G_н = G_с.в + W, где G_с.в и W – количество в нем абсолютно сухого вещества и влаги соответственно. Подача и перемещение влажного материала в сушильную камеру может осуществляться транспортными средствами (ленточным транспортером, вагонетками и вес которых составляет G_тв. Кроме того, в сушилку вводится L абсолютно сухого воздуха. Для подогрева воздуха к калориферу

подводится теплота Q_к.

Обозначим: с_{с. в}, с_тр – теплоемкости сухого вещества и транспортных средств; θ, θ_к – температуры материала, поступающего на сушку и после сушки; t_{тр. н}, t_тр.к – температуры транспортных средств на входе в сушильную камеру и на выходе из нее; i₀, i₁, i₂ – удельные энтальпии воздуха на входе в сушильную камеру, после нагревания в калорифере, на выходе из сушильной камеры; Q_п – потери теплоты в окружающую среду.

Баланс теплоты может быть выражен следующим образом:

Таким образом, тепловой баланс процесса конвективной сушки можно представить равенством

Удельный расход теплоты, приходящийся на 1 кг испаряемой при сушке влаги, можно получить, разделив каждый член выражения (14.11) на W. Обозначив удельные расходы теплоты как

перепишем уравнение (14.11) в виде

При принятых обозначениях удельный расход теплоты в калорифере можно также представить в виде

Подставив это выражение в уравнение (14.12), получим

где Δ – изменение энтальпии сушильного агента.

Уравнение (14.13) является основной формой теплового баланса конвективных сушилок. При Δ > 0 энтальпия сушильного агента увеличивается, при Δ < 0 – уменьшается, при Δ = 0 величины i₁ = i₂ = const, что соответствует теоретической сушилке.

Подставив в уравнение (14.13) удельный расход воздуха из (14.10) и заменив i₂ и х₂ на их промежуточные значения i и х, получим выражение

являющееся уравнением рабочей линии процесса сушки, представляющей прямую линию в координатах i – х диаграммы состояния влажного воздуха.

Диаграмма состояния влажного атмосферного воздуха (i – х) впервые была построена в 1918 г. Л. К. Рамзиным и выражает зависимость между его энтальпией и влагосодержанием (рис. 14.5). Диаграмма построена для 1 кг сухой массы воздуха и давления, равного 745 мм рт. ст., которое можно считать среднегодовым для центральных районов России. И хотя угол между координатными осями составляет 135°, для удобства расчетов на диаграмме нане­сена вспомогательная ось х, проведенная под углом 90°.

На диаграмме (см. рис. 14.5) построены:

· линии постоянного влагосодержания (х = const), представляющие собой вертикальные прямые, параллельные оси ординат;

· линии постоянной энтальпии (i = const) – прямые, параллельные оси абсцисс, идущие под углом 135°;

· линии постоянных температур, или изотермы (t = const);

линия парциальных давлений водяного пара р_пар во влажном воздухе;

· линии постоянной относительной влажности (= const), представляющие расходящийся пучок кривых. При t = 99,4°С – температуре кипения воды при давлении 745 мм рт. ст. – кривые φ имеют перелом и идут вертикально вверх. Это объясняется тем, что при t ≥ 99,4°С парциальное давление насыщенных паров водяного пара, находящегося в воздухе, будет равно общему давлению, а влагосодержание воздуха при данной относительной влажности остается постоянным.

Кривая φ = 100%, соответствующая насыщенному состоянию воздуха паром при данной температуре, делит диаграмму на две части. Выше линии насыщения находится область ненасыщенного состоянии влажного воздуха. Здесь любое состояние влажного воздуха находится по двум любым параметрам (например, пересечением изотермы и линии влагосодержания). По найденной точке могут быть определены энтальпии и относительная влажность воздуха.

Ниже линии насыщения находится область пересыщенных состояний (в технике сушки это нереально).