диплом. В последние годы созданы установки кипящего слоя для обезвоживания растворов
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
1.3 I – x диаграмма влажного воздуха Основные свойства влажного воздуха можно с достаточной для технических расчетов точностью определяется c помощью I – x – диаграммы, впервые разработанной Л. К. Рамзиным. Диаграмма I – x(cм. рис. 1.1) построена для постоянного давления P = 745 мм .рт. ст. (около 99 кн/м2) которое по многолетним статистическим данным, можно считать среднегодовым для центральных районов России. Диаграмма имеет угол 135° между осями координат, причем на оси ординат отложены в определенном масштабе энтальпии I, а на наклонной оси абсцисс – влагосодержания x, которые, для удобства пользования диаграммой, спроектированы на вспомогательную ось, перпендикулярную оси координат. На диаграмме нанесены: 1) линии постоянного влагосодержания (x= const) – вертикальные прямые, параллельные оси ординат; 2) линии постоянной энтальпии (I= const) – прямые параллельные оси абсцисс; 3) линии постоянных температур, или изотермы (t= const); 4) линии постоянной относительной влажности (φ = const); 5) линия парциальных давлений водяного пара pП во влажном воздухе, значения которых отложены в масштабе на правой оси ординат диаграммы. Линии φ = constобразуют пучок расходящихся кривых, выходящих из одной точки (не показанной на диаграмме) с координатами t= − 273 °C и x= 0. Для того чтобы линии φ = const не подходили очень близко друг к другу, что затруднило бы пользование диаграммой I – x, последняя построена, как указано выше, в косоугольной системе координат. При температуре 99,4 °С давление насыщенного пара pН = В, т.е. становится равным постоянному барометрическому давлению B= 745 мм. рт .ст., для которого построена диаграмма. В этом случае, согласно выражению (1.4) величина φ =pП/Bи уравнение (1.6) принимает вид: Следовательно, при температурах t ≥ 99.4 °Cвеличина φне зависит от температуры и практически является величиной постоянной, так же как и влагосодержание воздуха x (при данном значении pП и B= const). Поэтому при t= 99.4 °C линии φ = constимеют резкий перелом и идут почти вертикально вверх. Незначительное отклонение направления линий φ = const от вертикального объясняется тем, что в области высоких температур значения ρП, а значит и φнесколько зависит от температуры. Линия φ = 100 % соответствует насыщению воздуха водяным паром при данной температуре. Эта линия ограничивает снизу расположенную над ней рабочую площадь диаграммы, отвечающую ненасыщенному влажному воздуху, используемому в качестве сушильного агента. Площадь диаграммы, расположенная под линией φ = 100 %, относится к воздуху, пересыщенному водяным паром, и для расчетов сушилок интереса не представляет.  Рисунок 1.1: – Диаграмма I – xдля влажного воздуха. На диаграмме І – х по любым двум известным параметрам влажного воздуха можно найти точку, характеризующую состояние воздуха, и определить все его остальные параметры. Изображение процессов изменения состояния воздуха на диаграмме. При нагревании влажного воздуха в специальных теплообменниках – калориферах – его относительная влажность φ уменьшается, а влагосодержание х остается постоянным. Поэтому на диаграмме І – х процесс нагрева воздуха изображают отрезком AB (см. рис. 1.2), проводя из точки, отвечающей начальному состоянию воздуха (t0, x0), вертикальную линию x= const вверх до пересечения с изотермой, отвечающей температуре нагрева воздуха t1. Процесс охлаждения воздуха (имеющего начальную температуру t1) при постоянном влагосодержании до его насыщения изображается вертикалью, проведенной из точки B (характеризующей начальное состояние охлаждаемого воздуха) вниз до пересечения с линией φ = 100 % (отрезок ВС). Точка пересечения линий х = const и φ = 100 % (точка C на рис. 1.2) характеризует состояние воздуха в результате его охлаждения при х = const и называется точкой росы. Изотерма, проходящая через эту точку, определяет температуру точки росы tР. Дальнейшее охлаждение воздуха ниже температуры точки росы (например, до температуры tП) приводит к конденсации из него части влаги и соответственно – к уменьшению его влагосодержания от x0 до xП .На диаграмме процесс охлаждения насыщенного воздуха совпадает с линией φ = 100 % (кривая СЕ).  Рисунок 1.2: – Изображение процессов изменения состояния влажного воздуха на I – x диаграмме. При адиабатической сушке влага из материала испаряться только за счет тепла, передаваемого материалу воздухом. При этом, если температура высушиваемого материала (а следовательно и содержащейся в нем влаги) не изменяется и равна 0 °С, то энтальпия воздуха после сушки I2 будет равна его энтальпии перед сушкой І1 , так как всё тепло, отданное воздухом на испарение влаги, возвращается обратно в воздух с удаляющимися из материала парами. Одновременно понижается температура и увеличивается влагосодержание и относительная влажность воздуха. Такой процесс носит название теоретического процесса сушки (I2 =I1 =I= const). Для сушильной практики большое значение имеет адиабатический процесс испарения со свободной поверхности жидкости, сходный с процессом испарения с поверхности влажного материала в начальный период сушки. После достижения равновесия между влажным воздухом и испаряющейся влагой температура последней примет постоянное значение, равное температуре мокрого термометра tМ. Если в ограниченный объем воздуха внести достаточное количество воды, имеющей температуру tМ, то по истечении некоторого времени воздух станет насыщенным и примет температуру воды, а дальнейший процесс испарения прекратится. Установившуюся температуру мокрого термометра, которую примет воздух в конце процесса насыщения, называют также температурой адиабатического насыщения. Если tМ >0, то поступающая в воздух испаренная влага W вносит в него некоторое количество тепла W ∙ c ∙ tM, поэтому адиабатический процесс охлаждения воздуха в этом случае происходит с повышением его энтальпии (I2>I1). Если L – расход сухого воздуха на испарение, то
или где c – теплоемкость воды. Величина W/L показывает увеличение влагосодержания воздуха в процессе его адиабатического охлаждения, равное (xM−x1), где xМ – влагосодержание воздуха при его полном насыщении влагой при температуре tМ. Из найденной выше зависимости I1 =I2 − (xМ − x1) ∙ c ∙ tМ при x1 = 0 следует:
Уравнение (1.11) служит для нанесения на диаграмму I – x линий постоянной температуры tМ = const (линии постоянной температуры адиабатического насыщения). Изменение состояния воздуха (температуры, влагосодержания и относительной влажности) при адиабатическом процессе испарения влаги со свободной поверхности жидкости происходит по линии tМ = const. Разность между температурой воздуха tВ и температурой мокрого термометра tМ характеризует способность воздуха поглощать влагу из материала носит название потенциала сушки ε:
Потенциал сушки характеризует скорость испарения влаги из материала, которая зависит от состояния воздуха и температуры процесса, т.е. определяется совместным влиянием тепло – и массообмена. Когда воздух полностью насыщается влагой (tВ =tМ), величина ε становится равной нулю. 1.4 Устройство сушилок Конструкции сушилок очень разнообразны и отличаются по ряду признаков: по способу подвода тепла (конвективные, контактные и др.), по виду используемого теплоносителя (воздушные, газовые, паровые), по величине давления в сушильной камере (атмосферные и вакуумные), по способу организации процесса (периодические и непрерывные), а также по взаимному направлению движения материала и сушильного агента в конвективных сушилках (прямоток, противоток, перекрестный ток). Это крайне затрудняет обобщающую классификацию сушилок. Ниже мы ограничимся рассмотрением групп сушилок, которые находят применение (или перспективны для применения) в химической технологии, объединенных по способу подвода тепла и состоянию слоя высушиваемого материала (неподвижный, перемешиваемый и т. д.). Конвективные сушилки с неподвижным или движущимся плотным слоем материала Камерные сушилки. Эти сушилки являются аппаратами периодического действия, работающими при атмосферном давлении. Они используются в производствах небольшого масштаба для материалов, допускающих невысокую температуру сушки, например красителей. Материал в этих сушилках сушится на лотках (противнях), установленных на стеллажах или вагонетках, находящихся внутри сушильной камеры 1 (рис. 1.3). На каркасе камеры между вагонетками 2 установлены козырьки 3, которые как бы делят пространство камеры на три расположенные друг над другом зоны, вдоль которых последовательно движется сушильный агент. Свежий воздух, нагретый в наружном калорифере 4, засасывается вентилятором 5 и подается вниз камеры сушилки. Здесь он движется (путь воздуха показан на рисунке стрелками), два раза меняя направление и дважды нагреваясь в промежуточных калориферах 6 и 7. Часть отработанного воздуха с помощью шибера 8 направляется на смещение со свежим. Таким образом, сушилка работает с промежуточным подогревом и частичной рециркуляцией воздуха, т. е. по варианту, обеспечивающему низкую температуру и более мягкие условия сушки. Однако, вследствие сушки в неподвижном толстом слое, сушилки этого типа обладают низкой производительностью и продолжительность сушки в них велика. Кроме того, сушка в них неравномерна из – за неравномерности температур в камере, возникающей за счет частичного прохода воздуха в вышерасположенные зоны кратчайшим путем (через зазоры). Для создания более равномерной циркуляции воздуха в некоторых современных конструкциях камерных сушилок наружный вентилятор заменяют внутренними реверсивными осевыми вентиляторами или применяют эжекторы. В эжекционных камерных сушилках рециркулирующий отработанный воздух подсасывается свежим, что позволяет уменьшить расход электроэнергии на циркуляцию. Обслуживание камерных сушилок требует больших затрат ручного труда, что также является существенным недостатком.  Рисунок 1.3: – Камерная сушилка: 1 – сушильная камера; 2 – вагонетки; 3 – козырьки; 4,6,7 – калориферы; 5 – вентилятор; 8 – шибер. Туннельные сушилки. Эти сушилки (рис. 1.4) отличаются от камерных тем, что в них соединенные друг с другом вагонетки медленно перемещаются на рельсах вдоль очень длинной камеры прямоугольного сечения (коридора). На входе и выходе коридор имеет герметичные двери, которые одновременно периодически открываются для загрузки материала: вагонетка с высушенным материалом удаляется из камеры, а с противоположного конца в нее поступает новая вагонетка с влажным материалом. Перемещение вагонеток происходит с помощью троса и механической лебедки. Сушильный агент движется прямотоком или противотоком к высушиваемому материалу. Туннельные сушилки обычно работают с частичной рециркуляцией сушильного агента, и они используются для сушки больших количеств штучных материалов, например, керамических изделий. По интенсивности сушки туннельные сушилки мало отличаются от камерных: им присущи основные недостатки последних (длительная и неравномерная сушка, ручное обслуживание). Ленточные сушилки. В этих сушилках сушка материалов производится непрерывно при атмосферном давлении. В камере 1 сушилки (рис. 1.5) слой высушиваемого материала движется на бесконечной ленте 2, натянутой между ведущим 3 и ведомым 4 барабанами. Влажный материал подается на один конец ленты, а подсушенный удаляется с другого конца. Сушка осуществляется горячим воздухом или топочными газами, которые движутся противотоком или перекрестным током к направлению движения материала.  Рисунок 1.4: – Туннельная сушилка: 1 – камера; 2 – вагонетки; 3 –вентиляторы; 4 – калориферы. В одноленточных сушилках со сплошной лентой обычно наблюдается неравномерное высушивание материала: во внутренней части слоя, обращенной к ленте, конечная влажность выше, чем в его наружной части, омываемой газами или воздухом. Более эффективно применение многоленточных сушилок с лентами из металлической сетки. В них сушильный агент движется перпендикулярно плоскости ленты сквозь находящийся на ней слой материала (перекрестный ток). При пересыпании материала с ленты на ленту увеличивается поверхность его соприкосновения с сушильным агентом, что способствует возрастанию скорости и равномерности сушки. Ленточные сушилки могут работать по различным вариантам сушильного процесса. Ленточные сушилки громоздки (подобно туннельным сушилкам) и сложны в обслуживании главным образом из – за перекосов и растяжения лент; их удельная производительность (на 1 м2 поверхности ленты) невелика, а удельные расходы тепла (на 1 кг испаренной влаги) довольно велики. Кроме того, они непригодны для сушки пастообразных материалов, поэтому для этой цели их используют в комбинации с вальцовыми сушилками.  Рисунок 1.5: – Ленточная сушилка: 1 – камера сушилки; 2 – бесконечная лента; 3 – ведущие барабаны; 4 – ведомые барабаны; 5 – калорифер; 6 – питатель; 7 – опорные ролики. Петлевые сушилки. Сушку пастообразных материалов, а также тонких листовых, (например, бумаги) производят в непрерывно действующих петлевых сушилках, работающих при атмосферном давлении. В сушилках для паст (рис. 1.6) питатель 1 подает материал на бесконечную гибкую сетчатую ленту 2, которая проходит между обогреваемым паром вальцами 3, вдавливающими пасту внутрь ячеек ленты.  Рисунок 1.6: – Петлевая сушилка: 1 – питатель; 2 – бесконечная сетчатая лента; 3 – прижимные вальцы; 4 – цепной конвейер; 5 – направляющий ролик; 6 – автоматическое ударное устройство; 7 – разгрузочный шнек; 8 – вентилятор. Лента с впрессованным материалом поступает в сушильную камеру, где образует петли. Это достигается с помощью шарнирно соединенных звеньев ленты и расположенных на ней через определенные промежутки поперечных планок, опирающихся на цепной конвейер 4. С помощью направляющего ролика 5 лента отводится к автоматическому ударному устройству 6, посредством которого высушенный материал сбрасывается с ленты и выводится из сушилки разгрузочным шнеком 7. Циркуляция воздуха (или газов) осуществляется с помощью осевых вентиляторов 8, часть которых (на одной стороне камеры) показана на рис. 1.6, причем горячий воздух или газ движется поперек ленты 2. Сушилка обычно работает по варианту с промежуточным подогревом воздуха и частичной рециркуляцией его по зонам. В петлевых сушилках сушка производится в слое небольшой толщины (равной толщине звеньев ленты, составляющей 5 – 20 мм) при двустороннем омывании ленты горячим воздухом и прогреве запрессованного материала металлическим каркасом (сеткой), нагретой вальцами 3. Это обеспечивает большую скорость сушки по сравнению с камерными сушилками. Вместе с тем петлевые сушилки отличаются сложностью конструкции и требуют значительных эксплуатационных расходов. Конвективные сушилки с перемешиванием слоя материала |