Тема 9 Расчет сушильных установок План (4 часа)

Тема 9 Расчет сушильных установок План (4 часа) 1. Расчет конвективных сушилок с однократным использованием горячего воздуха 2. Материальный и тепловой балансы сушки 3. Расчет теоретической сушилки по i-d диаграмме 4. Тепловой баланс теоретической сушилки 5. Расчет действительной сушилки 6. Построение процесса для действительной сушилки по i-d диаграмме Якуб Лидия Николаевна Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок к. ф. -м. н. , доцент

1. Расчет конвективных сушилок с однократным использованием горячего воздуха • Поскольку наибольшее распространение получили конвективные сушилки, мы рассмотрим в лекции расчет конвективных сушилок. • Рассмотрим материальный баланс продукта, подвергающегося сушке. • В сушильной технике установились два понятия влажности материала: – влажность на общий вес, применяемая в тепловых расчетах процессов сжигания топлива – влажность на абсолютно сухой вес, применяемая для исследования и контроля процессов сушки 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 2

Расчет конвективных сушилок с однократным использованием горячего воздуха • Количества испаренной из материала влаги и веса сухого и сырого продукта связаны уравнением баланса сушки. • Введем следующие обозначения: – G 1 — количество материала, поступающего в сушилку, кг/ч; – G 2 — количество высушенного материала (после удаления части влаги, кг/ч); – Gсух — количество абсолютно сухого материала, , из ко торого удалена вся влага (свободная и связанная), кг/ч; – w 10 и w 1 c — начальные влажности материала на общий и абсолютно сухой веса, %; – w 20 и w 2 c — конечные влажности материала на общий и абсолютно сухой веса, %; – W — количество испаренной влаги, кг/ч 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 3

2. Материальный и тепловой балансы сушки • Пользуясь этими обозначениями, можно написать уравнение материального баланса продукта, подвергшегося сушке: • Количества влаги, поступающей в сушилку с сырым материалом и выходящей из сушилки с высушенным материалом, равны: 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 4

Материальный и тепловой балансы сушки • Количество влаги, испаренной в сушилке • Рассчитаем расход воздуха и тепла для испарения 1 кг влаги • Принимаем, что присосы и утечки воздуха в сушильной системе отсутствуют L=L 1=L 2 =L= Const. • Количество влаги определенно соотношением 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 5

Материальный и тепловой балансы сушки • Подставим в уравнение (3) вместо L / W величину l, равную расходу воздуха в кг на 1 кг испаренной влаги, получим выражение для определения расхода сухого воздуха на 1 кг испаренной влаги: • Определим расход тепла на 1 кг испаренной влаги. • Каждый кг сухого воздуха нагревается от t 0 до t 1, энтальпия при этом увеличивается от I 0 до I 1 , то расход тепла на нагревание будет равен: 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 6

3. Расчет теоретической сушилки по I-d диаграмме • Теоретической сушилкой называют воображаемую сушилку с предварительным подогревом сушильного агента, в котором отсутствуют потери тепла в окружающую среду и в котором температура материала на выходе и на входе из сушильной камеры равны 0. • Тепловой баланс теоретической сушилки: • I 0 – энтальпия влажного воздуха, поступающего в подогреватель; • I 1 энтальпия влажного воздуха после подогревателя при входе в сушилку. • I 2 энтальпия влажного воздуха за сушилкой. 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 7

Принципиальная схема 1 2 - сушилка; и 3 – подогреватели; 3 4 - вентилятор 1/31/2018 . Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 8

Расчет теоретической сушилки по I-d диаграмме • Qк – количество тепла, сообщаемое воздуху в подогревателе. • При это означает, что в теоретической сушилке процесс сушки идет при постоянной энтальпии влажного воздуха. • Процесс в теоретической сушилке на i -d диаграмме показан на следующем слайде. • Линия АВ соответствует подогреву воздуха в калорифере от t 0 до t 1. 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 9

Процесс теоретической сушилки в i-d диаграмме 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 10

Расчет теоретической сушилки по i-d диаграмме • Процесс сушки затрата тепла на испарение влаги и влагообмен между воздухом и высушиваемым материалом идет по линии i = const и изображается отрезком ВС. • Расход воздуха в теоретической сушилке согласно уравнению: • где d 2—d 0 соответствует отрезку DC, a Md — масштаб по оси влагосодержаний. • Отрезок DС выражен в миллиметрах. 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 11

Расчет теоретической сушилки по i-d диаграмме • Согласно уравнению, расход тепла в калорифере на 1 кг испаренной влаги: • Разность I 1 – I 0 на диаграмме выражается длиной отрезка АВ, умноженной на соответствующий масштаб энтальпии. 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 12

4. Тепловой баланс теоретической сушилки • Основным условием работы теоретиче ской сушилки является равенство I 1 = I 2 = const. • При этом расход тепла на подогрев воздуха • Далее имеем: • d 0 влагосодержания сушильного агента (кг/кг) сухого воздуха; i 2 и i 0 —энтальпии водяных паров, содержащихся в воздухе 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 13

Тепловой баланс теоретической сушилки • Теплоемкость сухого воздуха считаем не зависящей от температуры, т. е. принимаем, что с2 = с0 =cв • Подставив эти величины в уравнение ( 8 ), получим выражение для удельного расхода тепла, представляющее собой по существу уравнение теплового баланса сушилки: 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 14

Тепловой баланс теоретической сушилки • Из полученного уравнения видно, что в теоретической сушилке имеются следующие расходы тепла: • 1) q 1 = i 2 расход тепла на испарение влаги из материала; • 2) q 2 = lc. B(t 2—t 0) потери тепла с сушильным агентом, входящим в сушилку с температурой t 0 и выходящим из нее с температурой t 2 • 3) q 3 = l xо(i 2—iо) потери тепла вследствие увеличения энтальпии транзитной влаги, содержащейся в сушильном агенте при входе в сушилку. 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 15

5. Расчет действительной сушилки • В действительной сушилке могут иметь место дополнительные потери и подвод тепла, например: – нагрев воздуха в калориферах, установленных в самой сушильной камере, – тепловыделения при химических реакциях – размораживание влаги, находящейся в материале в виде льда, нагрев сушильного агента в вентиляторе и др. 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 16

Расчет действительной сушилки • Уравнение теплового баланса для действительной сушилки непрерывного действия имеет вид: 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 17

Расчет действительной сушилки • Отнеся расход тепла к 1 кг испаренной влаги, приняв cw=1; c'M = с”м=с2 и считая L 0=L= L, получим: 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 18

Расчет действительной сушилки • где l(I 2 – I 0) расход тепла для теоретической сушилки; • q. M расход тепла на нагрев материала; • qтр расход тепла на прогрев транспортных приспособлений; • Q 5 потери тепла в окружающую среду; • qдоб тепло, дополнительно сообщенное в самой сушилке; • физическое тепло влаги, вводимой с сушимым материалом. 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 19

Расчет действительной сушилки • Уравнение теплового баланса для действительной сушилки с однократным использованием воздуха в соответствии с введенными обозначениями можно представить в следующем виде: • Это уравнение представляет собой внутренний тепловой баланс сушилки без учета роли воздуха как теплоносителя. 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 20

Расчет действительной сушилки • При работе действительной сушилки могут иметь место следующие три случая: • а) D = 0; потери тепла компенсируются количеством дополнительно введенного тепла, т. е. процесс сушки идет при постоянной энтальпии сушильного агента, как и в теоретической сушилке; • б) D = l(I 2 – I 1) <0; и следовательно I 1 >I 2 или I 2 = I 1 – D / l • в) D > 0; I 1 < I 2 тогда I 2 = I 1 + D / l 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 21

6. Построение процесса для действительной сушилки на i-d диаграмме • Таким образом, в случаях «б» и «в» энтальпия воздуха при выходе из сушилки больше или меньше его энтальпии при входе в нее в зависимости от знака величины D. • Построение процесса для действительной сушилки на i-d– в диаграмме при наличии тепловых потерь D <0 начинается, с построения теоретического процесса. • Затем на изоэнтальпе i = const теоретического процесса выбирается произвольная точка С 0 и вниз от нее откладывается отрезок C 0 E 0 Ml = D /l 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 22

Построение процесса для действительной сушилки на i-d диаграмме 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 23

Построение процесса для действительной сушилки на i-d диаграмме • После замены / его значением для условий данной точки С 0 получаем: • Далее из точки В проводится политропа BE 0 действительного процесса. • На линии ВЕ 0 находится конечная точка действительного процесса С, определяемая пересечением этой линии с заданной в расчете линией постоянной влажности или линией температуры t 2, соответствующими состоянию уходящего из сушилки воздуха. 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 24

i-d диаграмма 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 25

i-x диаграмма 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 26

Благодарю за внимание 1/31/2018 Процессы и аппараты. Тема 9: Расчет сушильных установок 27