87 Статика и кинетика сушки. Их назначение.

Различают две стороны сушки – статику и кинетику. Статика сушки устанавливает связь между начальными и конечными параметрами участвующих в сушке веществ (материала и сушильного объекта) на основе уравнений материального и теплового баланса. Из статики определяется расход сушильного объекта, состав материала, расход тепла.

Кинетика сушки устанавливает связь между изменением материала во времени и параметрами процесса (свойства и структура материала, его размеры). Уравнения кинетики сушки характеризуют процесс удаления влаги из материала во времени и используются для определения длительности и режима сушки.

Для расчёта процессов сушки и создания рациональных конструкций сушилок необходимо совместное рассмотрение статики и кинетики процесса.

88 Статика сушки. Материальный и тепловой баланс сушки.

m₁, m₂– количество влажного материала, поступающего в сушилку, и высушенного материала соответственно, кг/с

U₁, U₂ – влажность материала (U₁ и U₂ весовых долей соответственно)

W – количество испарённой влаги, кг/с

Материальный баланс по всему количеству материала: m₁=m₂+W, кг/с (1)

Баланс по абсолютно сухому веществу, количество которого не меняется в процессе сушки: mсух=m₁·(1-U₁)= m₂·(1-U₂) (2)

Из (1) и (2) определяют m₂ и W.

Для теплового расчёта сушилки необходимо знать расход воздуха на сушку, который определяется из баланса влаги. Если на сушку расходуется L кг абсолютно сухого воздуха, причём влагосодержание влажного воздуха в сушилке на входе Х₀ кг/кгсух.в., а сухого – Х₂ кг/кгсух.в., то с воздухом поступает (L·X0) кг влаги, с отработанным воздухом – (L·X2) кг, из материала испаряется W кг влаги. Тогда баланс влаги в сушилке: L·X₂=L·X₀+W.

Расход воздуха составляет: L=W/(X₂-X₀)

Удельный расход воздуха (на 1 кг влаги): l=L/W=1/(X2-X0), кгсух.в/кгвл (3)

Из (3) видно, что l зависит только от разности влагосодержаний отработанного и свежего воздуха. Расход воздуха тем выше, чем выше его Х₀, которое определяется температурой и относительной влажностью воздуха. Расход воздуха при других условиях выше.

Расход воздуха в летних условиях больше, чем в зимних, и устройства для перемещения воздуха (вентиляторы, газодувки) необходимо выбирать по расходу на самый тёплый месяц года. Значение t₀ и φ₀ зависят от условий района, где работает сушилка.

Тепловой баланс сушки

С, Св, С₂,Ст – средние удельные теплоёмкости: сушильного агента (на 1 кг сухого); влаги, удалённой из материала; высушенного материала; транспортных устройств сушилки, Дж/(кг·⁰С).

t₀, t₂ – температура сушильного агента до и после сушилки, ⁰С

θ₁, θ₂ – температура материала на входе и выходе из сушилки, ⁰С

mт – масса транспортных устройств, кг

– температура транспортных устройств на входе и выходе из сушилки, ⁰С

– энтальпия водяного пара в свежем и отработанном виде, Дж/кг

Баланс тепла:

1) приход тепла: L·C·t₀

2) с высушенным материалом: m₂·C₂·θ₁

3) с влагой, испаряемой материалом: W·Св·θ₁

4) физическое тепло транспортных устройств: mт·Cт·

5) подводимое тепло: Q=Qн+Qдоб, где Qн – тепло нагревания сушильного объекта (в воздухонагревателе или топке), Qдоб – дополнительное тепло в сушильной камере (от дополнительных воздухонагревателей)

Расход тепла:

1) в сушильном агенте: L·C·t₂

2) с высушенным материалом: m₂·C₂·θ₂

3) с влагой, испаряемой материалом: W·

4) физическое тепло транспортных устройств: mт·Cт·

5) потери тепла в окружающую среду: Qп

Уравнение теплового баланса:

L·C·t₀+ m₂·C₂·θ₁+ W·Св·θ₁+ mт·Cт· + Q= L·C·t₂+ m₂·C₂·θ₂+ W· + mт·Cт· + Qп (4)

Решая (4) относительно полученного тепла, получим:

Q=L·C·(t₂ -t₀)+ m₂·C₂·(θ₂ -θ₁)+W· -Св·θ₁)+mт·Cт·( +Qп (5)

Из (5) видно, что подводимое в сушку тепло расходуется следующим образом:

1) потери с уходящим сушильным агентом Qух

2) потери на испарение влаги Qисп

3) потери на нагревание высушенного материала Qмат

4) потери на нагревание транспортных устройств Qт

5) потери в окружающую среду Qп

(5) можно записать в виде:

Q=Qух+Qисп+Qмат+Qт+Qп (6)

Для сравнения работы различных сушилок удобно вести тепловые расчёты на 1 кг испарённой влаги, разделив все члены уравнения (5) на W и обозначив удельный расход тепла и сушильного агента соответствующими строчными буквами:

q=l·C·(t₂ -t₀)+ -Св·θ₁)+qмат+qт+qп=qух+qт+qмат+qт+qп