Сушіння з замкненою циркуляцією сушильного агенту

Гріюча пара

а

б

Рис. 16.7. Процес сушіння з замкненою циркуляцією сушильного агенту:

а – схема установки; б – зображення процесу сушіння на І-х діаграмі;

1 - калорифер; 2-сушильна камера; 3-конденсатор; 4-вентилятор;

5-апарат розділення повітря і конденсату.

Даний варіант сушіння використовується коли сушильним агентом є дорогий газ, коли цільовим продуктом є розчинник, який видаляється.

На І-х діаграмі процес зображується наступним чином (рис. 16.7б): Відрізок АВ характеризує процес нагрівання сушильного агенту, ВС - процес сушіння, СD- охолодження сушильного агенту.ЛініяAD зображує процес розділення сушильного агенту і конденсату.

Кінетика процесу сушіння

Кінетика процесів сушіння вивчає швидкість процесів сушіння. Швидкість сушіння є важливим критерієм оскільки знаючи швидкість сушіння можна визначити час, необхідний для висушення певної кількості матеріалу.

Швидкість сушіння

Швидкість сушіння характеризується зміною середньої вологості матеріалу в часі, віднесеної до кількості абсолютно сухого матеріалу. Залежність між вологістю матеріалу і часом зображується кривою сушіння, яку будують по експериментальних даних.

І період

ІІ період



Рис. 16.8. Крива сушіння матеріалу.

Крива сушіння(рис. 16.8) складається з декількох ділянок. Крива АВ характеризує період нагріву матеріалу від температури до температури мокрого термометра. Горизонтальний відрізокBC відповідає періоду постійної та максимальної швидкості сушіння (I період). При цьому вологість інтенсивно падає по прямолінійному закону. Таке зменшення вологи спостерігається до досягнення першої критичної вологості (точкаC).

Після цього починається II період сушіння – період падаючої швидкості, який на діаграмі зображений відрізком СЕ. Зменшення вологості відбувається по лінії CDE. Точка D відповідає наближенню вологості матеріалу до рівноважної і називається другою критичною вологістю.

Рис. 16.9. Крива швидкості сушіння.

Тривалість сушіння

Як правило, тривалість сушіння визначається двома періодами сушіння.

І період

де - швидкість сушіння вІ періоді процесу. Визначається експери-ментальним шляхом.

ІІ період

Загальна тривалість сушіння визначається сумою тривалостей першого і другого періодів сушіння:

Штучне охолодження

Ряд хіміко-технологічних процесів проводять при температурах набагато нижчих ніж ті, які можна отримати такі холодильні агенти як повітря, вода, лід.

Штучне охолодження завжди пов’язане з переносом теплоти від нижчої температури до вищої, що являється неприроднім. Згідно з другим законом термодинаміки, для виконання такого переносу необхідно затрачувати додаткову енергію.

Умовно розрізняють помірне охолодження – охолодження від кімнатних температур до -100°С, і глибокий холод від -100°С до -160°С і нижче.

Термодинамічні основи отримання холоду

В холодильних установках для переносу теплоти (енергії) від нижчої температури до вищої робочим тілом є холодильний агент. Причому процес буде оберненим і буде йти проти годинникової стрілки.

Розглянемо, як приклад, обернений цикл Карно (рис. 23.1), який складається із наступних процесів в Т-sдіаграмі:

1-2 – адіабатичне стискання пароподібного холодоагенту.

Рис. 17.1. Ентропійна діаграма оберненого циклу Карно.

2-3 – ізотермічна конденсація пари холодильного агенту при температурі Т з віддачею теплоти в навколишнє середовище.

3-1 – адіабатичне розширення рідкого холодоагенту. При цьому температура змінюється від до.

4-1 ізотермічне випаровування рідкого холодоагенту при температурі з відбором теплоти випаровуваннявід навколишнього середовища.

Такий цикл можливий лише при умові постійної ентропії системи. Тому якщо при випаровуванні холодоагенту ентропія середовища що охолоджується зменшується на величину , то на таку ж величину повинна зрости ентропія більш нагрітого середовища, якому передається теплота, яка була відібрана від середовища, що охолоджується і тепло, еквівалентна роботі, затрачені на стискання холодоагенту. В результаті збільшення ентропії більш нагрітого середовища складає.

Згідно з енергетичним балансом

Звідси робота, яку необхідно затратити в холодильній установці, що працює по зворотному циклу Карно:

Тепло , що віднімається холодильним агентом від середовища, що охолоджується при температурі, визначає холодопродуктивність циклу, або холодильної установки. На діаграміхолодопродуктивність зображується площею1-4-5-6. Площа 2-3-5-6 еквівалентна кількості теплоти, що віддається холодильним агентом більш нагрітому середовищу при температурі , а різниця площ2-3-5-6 і 1-4-5-6 відповідає величині затраченої роботи (площа2-3-4-1).

Термодинамічна ефективність холодильних циклів виражається відношенням холодопродуктивності до затраченої роботи,причому це відношення називається холодильним коефіцієнтом і позначається. Величинавиражається залежністю:

Холодильний коефіцієнт показує, яка кількість тепла сприймається холодильним агентом від середовища, що охолоджується на одиницю затраченої роботи.

Із діаграми видно, щоі. Підставляючи значенняів попереднє рівняння для циклу Карно отримаємо

Холодильний коефіцієнт, що характеризує ступінь використання механічної роботи на отримання штучного холоду, як видно з останнього рівняння, не залежить від властивостей холодильного агенту чи схеми дії холодильної установки, а являється лише функцією температур і. При цьому ступінь використання механічної роботи буде тим вище, чим менше різниця між температурами холодильного агенту при сприйняттіі віддачітепла.

Холодильний коефіцієнт неможна розглядати як к. к. д. Холодильної машини. Коефіцієнт корисної дії характеризує долю тепла, яке може бути перетворене в роботу, і цьому являється величиною, заздалегідь меншою від одиниці. В даному випадку робота що витрачається не перетворюється в тепло, а слугує лише засобом, що забезпечує переніс даної кількості тепла з нижчого температурного рівня на вищий. Тому зазвичай більше, а- більше від одиниці. На практицілежить у межах від 2 до 15.