6- Сушка. Свойства влажного воздуха. Диаграмма Рамзина Абсолютная влажность воздуха
 Скачать 0.86 Mb.
|
|
Сушка Сушка - это удаление влаги или растворителя из сушимого материала, который получают в твердом виде. Наиболее распространена конвективная сушка, при которой тепло, необходимое для испарения влаги, подводится газом и газ отводит образовавшиеся пары. В качестве сушильных агентов используют воздух или дымовые газы. Большое разнообразие сушилок и способов сушки объясняется разным агрегатным состоянием материала и влажностью, т.е. сушке подвергают сыпучие, длинномерные, ленточные, твердые материалы, пасты, суспензии, растворы. Свойства влажного воздуха. Диаграмма Рамзина Абсолютная влажность воздуха (  ) - масса водяного пара в единице объема м3 влажного воздуха, кг/м3. Поскольку пар как компонент бинарной газовой смеси занимает весь объем влажного газа, то понятие абсолютной влажности совпадает с понятием плотности.Абсолютная влажность насыщенных паров (  ) - максимальная масса водяных паров в единице объема при температуре насыщения.Относительная влажность - отношение плотности водяного пара к плотности насыщенного пара:  .По уравнению состояния идеального газа для пара в свободном и насыщенном состояниях имеем  ,отсюда  .Тогда  .При 100 % влажности воздуха им сушить нельзя. Влагосодержание - масса водяного пара, приходящегося на 1 кг абсолютно сухого воздуха  . .Теплосодержание или энтальпия влажного воздуха, состоящего из 1 кг абсолютно сухого воздуха и x кг водяных паров.  .По этим соотношениям рассчитаны параметры, нанесенные на диаграмму Рамзина.  Диаграмма Рамзина построена для среднегодового атмосферного давления 745 мм рт.ст. Диаграмма Рамзина используется для сушки любого материала. Расчет сушилки. Основной сушильный вариант При проектировании сушилки необходимо иметь состояние атмосферного воздуха. Оно приводится в климатических таблицах для разных географических районов. В климатических таблицах приводятся зимние и летние условия, т.е. средняя температура и относительная влажность для января и июля. Расчет сушки выполняется дважды: для зимних и летних условий. По зимним условиям находится расход тепла: – расход водяного пара, топлива и поверхность калорифера, а по летним условиям подбирают вентилятор, газодувку, дымосос. Атмосферный воздух подогревается в калорифере от t0 до t1, при влагосодержании  . Материал в сушилку может подаваться конвейером, могут устанавливаться дополнительные подогреватели в сушилке. Основной сушильный вариант 1 – калорифер; 2 – сушильная камера. Материальный баланс Баланс по влажному материалу:  где  - расход влажного материала до и после сушки; - расход удаленной влаги.Баланс по абсолютно сухому материалу:  ,где  – влажность материала в долях от общей массы.Баланс по удаленной влаге:  , .где L – расход абсолютно сухого воздуха. Испаренная влага уносится воздухом. Тепловой баланс Тепло поступает с воздухом, материалом и его влагой, транспортными средствами. Кроме того, тепло подводится в калорифере и дополнительно в подогревателе. Тепло отводится влажным воздухом, транспортными средствами, материалом и теряется в окружающую среду.   .Отсюда   .Делим уравнение на получим баланс в расчете на 1 кг испаренной влаги: ,где  - удельный расход воздуха; – удельный расход тепла на нагревание материала – удельный расход тепла на нагревание транспортных средств , , .Тепло, которое подводит калорифер, идет на нагревание воздуха, при этом энтальпия меняется от  до . , .Из уравнения материального баланса  , ;тогда  .Отсюда  ,где I1, I2 - энтальпия влажного воздуха на входе и на выходе из сушилки;  - влагосодержание воздуха на входе и на выходе из сушилки;.Для любого сечения сушилки уравнение рабочей линии:  .Это уравнение используется для определения расходов воздуха и тепла, для сушки любого материала. Построение рабочей линии сушки на диаграмме Рамзина Из климатических таблиц находим начальную температуру  и относительную влажность  атмосферного воздуха. По этим параметрам находим точку А, которая характеризует состояние атмосферного воздуха. В калорифере происходит нагревание воздуха до температуры  при постоянном его влагосодержании, на пересечении вертикали  с изотермой находим точку В. Точка В характеризует состояние воздуха на выходе из калорифера, т.е. на входе в сушилку. Температура , выбирается с учетом термостойкости продукта и конструкции сушилки. Например, для белково-витаминных концентратов температура теплостойкости, т.е. температура начала разложения составляет 110 °С, но в распылительную сушилку сушильный агент можно подавать при температурах 400 °С.В распылительной сушилке за счет практически мгновенного испарения большого количества влаги температура скачком снижается до температуры 100 °С, т.е. перегрева не происходит. Чтобы определить состояние воздуха на выходе из сушилки, принимают один из его параметров: либо  , либо  . Рабочая линия по отношению к линии  может располагаться по-разному в зависимости от величины  .1. Если величина  , т.е.  , то сушка происходит при постоянной энтальпии, сушилка называется теоретической.В теоретической сушилке температура воздуха уменьшается от до ; тепло, выделенное при охлаждении воздуха, затрачивается на испарение влаги. С водяными парами это тепло возвращается к воздуху, т.е. снижение энтальпии за счет снижения температуры компенсируется повышением энтальпии за счет роста влагосодержания.Точка С характеризует состояние воздуха на выходе из теоретической сушилки, ее находим на пересечении линий с изотермой . Получив точку С, находим  , тогда найдем расход воздуха: Расход тепла в калорифере:  ,где  - тепловая нагрузка калорифера.По тепловой нагрузке калорифера можно рассчитать поверхность теплопередачи, а также по этой величине находим расход греющего водяного пара Имея расход воздуха и посчитав гидравлическое сопротивление сети, можно подобрать газодувку, вентилятор, дымосос. Соединяя точки В и С, получим рабочую линию теоретической сушилки. 2. Если величина  , т.е.  .Принимаем любое влагосодержание  , рассчитываем произведение  .От точки D вверх откладываем отрезок  - получаем точку Е. Проводя прямую через В и Е до пересечения с , получим точку С1.ВС1 - рабочая линия процесса сушки. 3. Если  , то отрезок  от точки D откладываем вниз. Проводим линию через В и F и находим С2 на t2.ВС2 - рабочая линия процесса сушки.  Варианты процесса сушки 1. Сушка с многоступенчатым подогревом воздуха
 2. Сушка с частичной циркуляцией воздуха  Состояние свежего воздуха находим как обычно  . Находим точку А. Для основного сушильного варианта определяем положение точки С. Соединяем точки А и С прямой и по правилу рычага находим точку А1.  .Кратностью циркуляции обычно задаются. Достоинства: меньше температура смеси после калорифера на входе в сушилку - меньше чем для основного сушильного варианта, меньше и расход тепла в калорифере. 3. Сушка в замкнутом цикле
АВ - нагревание сушильного агента в калорифере. ВС - сушка. СD - охлаждение без выделения влаги. Охлаждение происходит до точки росы. DА1 - охлаждение до температуры ниже точки росы с конденсацией влаги. Сушка в замкнутом контуре применима для взрывоопасных, ядовитых и других материалов, для которых используют инертный газ (недопустим контакт с воздухом). Инертный газ дорог, поэтому его циркулируют в системе.  4. Сушка дымовыми газами  Дымовыми газами нельзя сушить пищевые и лекарственные продукты; продукты, разлагающиеся при больших температурах. Дымовые газы получают, сжигая топливо, затем разбавляют продукты сжигания воздухом. Разбавление необходимо, т.к. продукты сгорания имеют температуру до 2000 °С в зависимости от вида топлива - т.е. температура слишком высока. Можно расчет проводить с помощью диаграммы Рамзина. Так как для сжигания 1 кг топлива требуется от 15 до 20 кг воздуха, теплофизические свойства продуктов сгорания очень мало отличаются от свойств воздуха. При расчете процесса горения топлива находим температуру продуктов сгорания  и концентрацию водяных паров в продуктах горения  (точка  ). Точка В для сушильного агента находится по допустимой температуре сушки для данного материала – на пересечении изотермы  с линией AD.Линия ВС строится как для основного сушильного варианта с учетом значения .Достоинства: с помощью дымовых газов легко получить любую достаточно высокую температуру простым способом. Кинетика сушки Скорость сушки зависит от формы связи влаги с материалом. Экспериментально определяют зависимость влажности материала  от времени и строят кривую сушки.
В первом периоде влажность материала снижается от  до  . Температура материала при этом постоянна и равна температуре мокрого термометра.
Знать, в каком периоде происходит сушка, необходимо для выбора способа интенсификации процесса и конструкции сушилки. Так, например, если конечная влажность  т.е. сушка идет в первом периоде, увеличить скорость сушки можно, увеличивая скорость воздуха.Конструкции – пневматическая труба-сушилка, сушилка с кипящим слоем. Во втором периоде надо увеличивать скорость прогрева материала. Если допустимо, надо уменьшать размер частиц, толщину слоя, использовать нагрев токами высокой частоты т .д. В практике проектирования часто рабочий объем сушилок рассчитывают, используя величину напряженности объема сушилки по количеству влаги, удаляемой за единицу времени в единице объема сушилки данного типа  . находят экспериментально, приводят в таблицах.Тогда объем сушилки:  . |
. Фактически равновесие не достигается и конечная влажность материала