Тема 8 Процессы сушки 1. 2. 3. 4. 5. План (4 часа) Общие понятия сушки Статика сушки Свойства влажного воздуха Материальный и тепловой балансы сушки Устройство сушилок 6. i-x диаграмма Якуб Лидия Николаевна к. ф. -м. н. , доцент Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки
1. Общие понятия сушки • Сушкой называется термический процесс удаления из твердых материалов или растворов содержащейся в них влаги путем ее испарения. • Тепловая сушка, или просто сушка, представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров • Сушку материалов можно производить естественным и искусственным путями. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 2
Общие понятия сушки • Естественная сушка обычно производится на открытом воздухе, под навесами или в специальных сараях и представляет собой процесс, при котором сушильный агент (воздух) поглощающий пары влаги, отводится из зоны сушимого материала без искусственных мероприятий. • Недостатком естественной сушки является большая продолжительность, зависимость от времени года и температуры наружного воздуха, необходимость большой площади для размещения материалов. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 3
Общие понятия сушки • Искусственная сушка материалов производится в специальных устройствах - сушилках, в которых сушильный агент, поглотивший пары влаги, отводится искусственным способом. • Сушка является наиболее распространенным способом удаления влаги из твердых и пастообразных материалов и проводится двумя основными способами: 1. Сушка путем непосредственного соприкосновения сушильного агента (нагретого воздуха, топочных газов) с высушиваемым материалом — конвективная сушка; 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 4
Общие понятия сушки 2. Сушка путем нагревания высушиваемого материала тем или иным теплоносителем через стенку, проводящую тепло, — контактная сушка. • Сушка производится также путем нагревания высушиваемых материалов токами высокой частоты (диэлектрическая сушка) или инфракрасными лучами (радиационная сушка). • В особых случаях применяется сушка некоторых продуктов в замороженном состоянии при глубоком вакууме — сушка возгонкой, или сублимацией. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 5
Общие понятия сушки 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 6
2. Статика сушки • При сушке процесс передачи вещества из одной фазы в другую (испарение жидкости) сопровождается процессом теплопередачи, при этом температуры фаз не одинаковы. • Количество тепла, передаваемое от газообразного сушильного агента к жидкости путем конвекции при температуре газа t, превышающей температуру q материала (жидкости), составит: • Kоличество испаряющейся жидкости определяется уравнением рассматриваемым ниже: 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 7
Статика сушки • Это количество жидкости переходит в виде пара в газовую фазу и передает от жидкости к газу тепло, соответствующее теплоте испарения жидкости. • где r —теплота испарения; • р*-— давление пара над жидкостью (при температуре q ); • р —парциальное давление пара в газовой фазе. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 8
Статика сушки • Всего передается тепла от газа к жидкости • причем это тепло расходуется на нагревание жидкости. • По мере нагревания жидкости ee температура t и давление пара р* возрастают. • 2/2/2018 В соответствии с этим Q 1 будет уменьшаться, a Q 2 увеличиваться Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 9
Статика сушки • Очевидно, наступит момент, когда Q 1 будет равно Q 2 и Q = 0, • тепло, получаемое жидкостью от газа путем конвекции, будет возвращаться газу в виде теплоты испарения жидкости. • После этого дальнейшее нагревание жидкости станет невозможным, и будет происходить испарение ее при постоянной температуре (а следовательно, при постоянном р*) до тех пор, пока не испарится вся жидкость. • Температура, принимаемая жидкостью при испарении ее после достижения теплового равновесия, называется температурой мокрого термометра и обозначается t. M. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 10
3. Свойства влажного воздуха • Процесс сушки зависит как от свойств материала, так и от свойств окружающей среды. • Поэтому для изучения процесса сушки необходимо знать свойства влажного газа (воздуха) и характер их изменения в процессе сушки. • Влажный воздух представляет собой смесь сухого воздуха и водяных паров. • В ненасыщенном воздухе влага находится в состоянии перегретого пара, поэтому свойства влажного воздуха с некоторым приближением характеризуются законами идеальных газов. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 11
Свойства влажного воздуха • Количество водяных паров, содержащихся в 1 м 3 влажного воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. • Вoдяной пар занимает весь объем смеси, поэтому абсолютная влажность воздуха равна массе 1 м 3 водяного пара, или плотности пара р в кг/м 3. • При достаточном охлаждении или увлажнении воздуха находящийся в нем водяной пар становится насыщенным. • С этого момента дальнейшее понижение температуры воздуха или увеличение содержания влаги в нем приводит к конденсации из воздуха избыточного количества водяных паров. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 12
Свойства влажного воздуха • Поэтому количество пара, содержащегося в насыщенном воздухе, является предельно возможным при данной температуре. • Отношение абсолютной влажности к максимально возможному количеству пара в 1 м 3 воздуха, при той же температуре и данном барометрическом давлении, характеризует степень насыщения воздуха влагой и называется относительной влажностью воздуха; 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 13
Свойства влажного воздуха • Здесь РP — парциальное давление водяного пара, соответствующее его плотности r. P • Pн - давление насыщенного пара при той же температуре. • При сушке меняются объем воздуха над влажным материалом и абсолютная влажность воздуха, так как он отдает тепло, необходимое для испарения влаги, и охлаждается, поглощая влагу, испаренную из материала. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 14
Свойства влажного воздуха • Поэтому влажность воздуха относят к величине, постоянной в процессе сушки, — к массе абсолютно сухого воздуха, находящегося во влажном воздухе. • Количество водяного пара в кг, приходящееся на 1 кг абсолютно сухого воздуха, называется влагосодержанием воздуха и обозначается х (d). • Величина х характеризует относительный весовой состав влажного воздуха. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 15
4. Материальный и тепловой балансы сушки • Пусть количество влажного материала, поступающего в сушилку, равно G 1 кг/сек, а его влажность w 1 вес. долей. • В результате сушки получается G 2 кг/сек высушенного материала (влажностью w 2 вес. долей) и W кг/сек испаренной влаги. • Тогда материальный баланс по всему количеству вещества выразится равенством: • Баланс по абсолютно сухому веществу, количество которого не меняется в процессе сушки 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 16
Материальный и тепловой балансы сушки • Из этих уравнении определяют количества высушенного материала G и испаренной влаги W. • Для теплового расчета сушилки необходимо знать расход воздуха на сушку, который определяется из баланса влаги. • Если на сушку расходуется L кг абсолютно сухого воздуха, причем влагосодержание влажного воздуха на входе в сушилку х0 кг/кг сухого воздуха, а на выходе из сушилки х2 кг/кг сухого воздуха, то с воздухом поступает Lx 0 , кг влаги. • Из материала испаряется W кг влаги. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 17
Материальный и тепловой балансы сушки • С отработанным воздухом уходит Lx 2 кг влаги. • Следовательно, баланс влаги в сушилке выражается равенством • откуда расход воздуха составляет; • Удельный расход воздуха 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 18
Материальный и тепловой балансы сушки • Из уравнений видно, что удельный расход воздуха зависит только от разности влагосодержания отработанного и свежего воздуха. • Расход воздуха будет тем больше, чем выше его начальное влагосодержание х0, которое определяется температурой и относительной влажностью воздуха. • Поэтому расход воздуха, при прочих равных условиях, будет возрастать с увеличением t 0 и j 0. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 19
5. Устройство сушилок • Существует большое количество разнообразных типов и конструкций сушильных установок. • Их различают так же и по способу подвода и отвода тепла к сушимому материалу (конвективному, терморадиационному и контактному). • Наибольшее распространение получили конвективные сушилки. • В конвективных сушилках сушильным агентом является нагретый воздух или смесь его с дымовыми или топочными газами. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 20
Устройство сушилок • Основным элементом камерной конвективной сушилки, является прямоугольная камера, внутри которой помещается сушимый материал, остающийся неподвижным в течении всего процесса сушки. • Камерные сушилки являются сушилками периодического действия и применяются при малых количествах сушимого материала. • Камеры загружают и выгружают через дверь, причем вагонетки перемещают вручную или при помощи лебедок 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 21
Устройство сушилок • Камерные сушилки обладают существенными недостатками, к числу которых относятся: • 1) большая продолжительность сушки, так как слои высушиваемого материала неподвижены • 2) неравномерность сушки, • 3) потери тепла при загрузке и выгрузке камер, • 4) трудные и негигиеничные условия обслуживания и контроля процесса, • 5) сравнительно большой расход энергии из-за недостаточной полноты использования тепла сушильного агента (особенно в конечный период сушки). 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 22
Камерные сушилки • Разновидностью камерных сушилок является шкафная воздушноциркуляционная сушилка, работающая с промежуточным подогревом и рециркуляцией части воздуха. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 23
Камерные сушилки • Нагретый в воздухоподогревателе 1 воздух подается вентилятором 2 в нижнюю часть камеры 3 сушилки и проходит в горизонтальном направлении (слева направо) между противнями с высушиваемым материалом, установленными на вагонетках 4. • 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 24
Камерные сушилки Затем воздух проходит воздухоподогреватель 5 и движется через среднюю часть камеры в противоположном направлении (справа налево). В третий раз воздух нагревается в воздухоподогревателе 6, после чего проходит слева направо через верхнюю часть камеры и удаляется из сушилки. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 25
Туннельные (коридорные) сушилки • Таким образом, воздух в сушилке движется зигзагообразно через три зоны, дважды нагреваясь и дважды меняя направление своего движения в камере. • Часть отработанного воздуха возвращают в сушилку. • Туннельные (коридорные) сушилки являются камерными сушилками непрерывного действия, работающими при атмосферном давлении. • Они состоят из сушильной камеры, представляющей собой длинный закрытый коридор, в котором высушиваемый материал перемещается в вагонетках. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 26
Туннельные (коридорные) сушилки 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 27
Туннельные (коридорные) сушилки • Существенный недостаток туннельных сушилок - неравномерность сушки вследствие расслоения нагретого и холодного воздуха. • Для более равномерной сушки повышают скорость сушильного агента, но вследствие этого приходится увеличивать длину коридора, чтобы время пребывания материала в сушилке было достаточным. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 28
Ленточные сушилки • Основной частью ленточной сушилки является горизонтальная бесконечная лента 1, которая движется в камере 2. • Материал поступает с одного конца ленты и сбрасывается а высушенном виде с другого ее конца. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 29
Ленточные сушилки • Лента наткнута между звездочкой 4 и ведомой звездочкой 5, служащей для натяжения ленты. • Ленты изготовляют сплошными (из ткани) или сетчатыми (из металлической сетки 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 30
Барабанные сушилки представляет собой цилиндрический наклонный барабан 4 с двумя бандажами 3, которые при вращении барабана катятся по опорным роликам 6. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 31
Барабанные сушилки Материал перемещается в сушилке при помощи внутренней насадки 10. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 32
Барабанные сушилки • Обычно в барабанных сушилках материал и сушильный агент движутся прямотоком, благодаря этому предотвращается пересушивание и унос материала с топочными газами. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 33
Сушилки с кипящим (псевдоожиженным) слоем • • Эффективная сушка многих материалов возможна в кипящем слое. Принципиальная схема сушки топочными газами в кипящем (псевдо -ожиженном) слое показана на рисунке. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 34
Сушилки с кипящим (псевдоожиженным) слоем • В камере смешения 2 топочные газы смешиваются с воздухом, нагнетаемым вентилятором 1, и поступают в нижнюю цилиндрическую или прямоугольную сушильную камеру 3 с газораспределительной решеткой 4. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 35
Сушилки с кипящим (псевдоожиженным) слоем • Высушиваемый материал подается питателем 5 в верхнюю часть камеры 3 и образует кипящий слой в восходящем токе газа, проходящего сквозь отверстия решетки 4. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 36
Сушилки с кипящим (псевдоожиженным) слоем • Высушенный материал пересыпается через порог 6 в сборник 7. • Твердые частицы, уносимые потоком сушильного агента, отделяются в циклоне 8. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 37
Сушилки с кипящим (псевдоожиженным) слоем • В кипящем слое происходит быстрое выравнивание температур твердых частиц и сушильного агента и достигается весьма интенсивный тепло- и массообмен между твердой и газовой фазами, в результате этого сушка заканчивается в течение нескольких минут. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 38
Сушилки с кипящим (псевдоожиженным) слоем • При сушке в кипящем слое в качестве сушильных агентов применяют топочные газы и воздух, сушку проводят в аппаратах непрерывного и периодического действия, причем непрерывная сушка производится в одноступенчатых и многоступенчатых сушилках. • В последнем случае достигается повышенная степень использования тепла сушильного агента. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 39
6. i-x диаграмма 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 40
i-x диаграмма 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 41
Благодарю за внимание 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 42