кг влаги, температура которых ^°С, а через некоторое время сушки т в веществе остается W2 кг влаги, то количество подведенного тепла со ставит
|
|
q ^ [ c G + c w w x){t2+ t , ) - r m , |
|
|
|
(15-25) |
где АIF — количество испаренной влаги за время т, равное |
IFX—W2, |
j. |
t2 |
|
|
с — теплоемкость |
сухого |
|
веще |
|
|
h |
|
ства; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с\ѵ — теплоемкость |
влаги; |
|
|
/ л |
|
|
|
т |
t2 — температура, |
при |
которой |
|
1 |
|
__ L |
|
происходит сушка; |
|
|
|
tt т |
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
г — теплота |
парообразования |
|
__1— |
|
|
1 |
|
при температуре |
t2. |
|
|
?!. |
ъг |
|
и |
Тепло Q подводится к сушимому |
|
веществу |
через |
|
поверхность |
тепло |
|
|
|
|
передачи F от какого-либо |
теплоно |
|
|
|
|
сителя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Как известно из теории теплопере |
|
|
|
|
дачи, для тепла Q, передаваемого за |
|
|
|
|
время т, |
можно написать |
следующее |
|
|
|
|
равенство: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q = kF (ft— t)x, |
|
(15-26) |
|
|
|
|
где k — коэффициент теплопередачи; |
|
|
|
|
б- — средняя |
температура тепло |
|
|
|
|
|
носителя; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t — средняя |
температура |
суши |
|
|
|
|
|
мого вещества. |
|
|
|
|
|
|
|
|
При рассмотрении вопросов сушки |
|
|
|
|
вводится понятие скорость сушки. |
|
|
|
|
Скорость |
сушки — это |
количество |
|
|
|
|
жидкости {кг), удаляемое через |
1 м 2 |
|
|
|
|
поверхности сушки Fc за 1 |
ч, т. |
е. |
|
|
|
|
|
|
|
№ |
|
|
|
(15-27) |
Рис. 15-4. |
График изменения тем |
|
|
|
Frт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пературы, влажности и скорости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сушки по времени: t |
= f, |
(т); и = |
Для |
изучения процесса |
сушки |
= |
I М; у = |
Пт) |
|
|
проводились |
следующие |
|
опыты. |
|
|
|
|
|
Подвергали сушке различные вещества и определяли изменение их температуры t, влагосодержание и и скорости сушки ѵ. Характер их
изменения показан в виде кривых на рис. |
15-4. По ним видно, что про |
цесс сушки разделяется на три периода. |
|
В п е р в о м периоде температура |
сушимого вещества быстро |
возрастает от начальной tx до некоторой величины t2; количество 1F X влаги в веществе остается почти неизменным, а скорость сушки ѵ при близительно равна нулю и только в конце периода быстро возрастает
До ѵ2.
Поскольку для этого |
периода Д № ^ 0 , равенство (15-25) примет |
вид |
|
|
Qt = |
(cG+ c^l^,) [t2— 4 ) . |
(15-28) |
Это значит, что в первом периоде за время |
происходит в основ |
ном нагревание сушимого вещества и его влаги до температуры сушки *2.
Во в т о р о м периоде температура сушимого вещества остается постоянной, влагосодержание быстро уменьшается, скорость сушки
постоянна. Из этого следует, что тепло Q2, сообщаемое за |
время т 2, |
расходуется только на испарение влаги, т. е. |
|
Qe= r(W 1 ~ W ra). |
(15-29) |
Температура сушки 4 в этом периоде зависит от условий сушки, Если сушка производится только посредством нагретого воздуха, то, как было показано выше, влажная поверхность сушимого' вещества
должна иметь температуру мокрого термометра tM, т. е. |
*2 = tu. |
Температуру ім определяют по графику (рис. 15-2) |
в зависимости |
от теплосодержания воздуха I. |
|
Если же сушимое вещество получает тепло от горячей поверхности, |
а воздух лишь поглощает влагу, то температура поверхности испаре ния будет равна температуре насыщения *„. Температуру *н опреде ляют по графику (рис. 15-1) в зависимости от парциального давления паров у поверхности испарения.
В т р е т ь е м периоде температура сушимого вещества начинает заметно возрастать, влагосодержание продолжает уменьшаться, но медленнее, чем во втором периоде, и скорость сушки постепенно па
дает. При этом тепло Q3, сообщаемое за время т3 третьего |
периода, |
равно |
|
Q3= ( CG + Cl^ 3) {t3— t2) + r(W 2— W5) , |
(15-30) |
т. е. некоторая часть его расходуется на нагревание вещества, а ос тальное тепло идет на испарение.
Общее количество тепла, сообщенное во втором и третьем периодах,
равно |
|
(с0 + сг ^ з ) (^з— *г) + г ( ^ і — ^ з) * |
(15-31) |
Разность (4 —*2) меньше разности конечной температуры 0 3 тепло носителя и температуры t2. Приближенно ее можно принять равной
*3—4 = 0,85(3%— 4). |
(15-32) |
Среднее значение температуры сушимого вещества во втором и
третьем периодах примерно равно |
|
t" = 4 + 0,3 (в3—4). |
(15-33) |
где Фз — конечная температура теплоносителя или греющей поверх ности.
Расчет конвективной сушки воздухом и ее материальный и тепловой балансы
Для расчета'сушки задается часовая производительность G кгіч сухого вещества, его начальная w± % и конечная w3 % влажность.
Количество влаги, содержащейся в веществе, равно: до сушки
|
Щ |
|
100— w^/o G, |
(15-34) |
после сушки |
|
|
|
|
|
|
|
W |
_^>% — |
G. |
(15-35) |
|
|
100 — |
w 3% |
|
|
Соответственно этому влагосодержание равно: |
до сушки |
|
|
|
|
|
|
|
и = |
G |
|
|
|
(15-36) |
|
1 |
l00— w1% > |
после сушки |
|
|
|
|
|
|
|
|
ГС'з |
__ |
w3% |
(15-37) |
|
|
G |
|
|
|
|
|
100— ш3% ' |
Примем следующие параметры воздуха, |
с помощью которого про |
изводится сушка: начальная температура |
■ö’J °С, начальная относи |
тельная влажность |
фх. |
|
|
|
|
|
По графику (рис. |
15-1) для температуры •ö' найдем соответствующее |
ей парциальное давление р,', насыщенного пара. |
Начальное влагосодержание |
воздуха равно |
|
|
|
|
|
р’и |
|
|
|
|
|
Фі ------- |
|
|
хх= 0,622------- (15-38) |
|
|
|
. |
.. |
Р.1 |
|
Перед поступлением в сушилку воздух нагревают в калорифере до температуры іЗ^ (порядка 130—180° С); после этого его теплосодер жание равно
/ = |
(1 + 1,92*0 Фі +2480*ѵ |
(15-39) |
По теплосодержанию / с помощью графика (рис. 15-2) |
определим |
температуру tM мокрого |
термометра, равную температуре |
t2 сушки |
с постоянной скоростью.
Температуру воздуха на выходе из сушилки выбираем равной
где A t — конечный температурный перепад, который принимают рав ным 20—30° С.
Снижение температуры воздуха за время сушки равно |
|
= |
fl,. |
(15-41) |
Температуру t3 сушимого вещества после сушки и его среднюю темпе ратуру t" во втором и третьем периодах можно приближенно опреде лить по эмпирическим формулам:
|
|
*з= |
*а + |
0,85(0-3— |
*а), |
|
|
|
(15-42) |
|
|
f = |
*а + |
0,3(0-з— |
/„). |
|
|
|
(15-43) |
|
Затраты тепла: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на подогрев сушимого вещества |
|
|
|
|
|
|
|
|
Зі = |
(с0 + |
сЛ ) ( * 2- М > |
|
|
(15-44) |
где |
|
tx — начальная температура |
вещества; |
|
|
|
|
|
|
с — теплоемкость сухой части |
вещества (для |
целлюлозы, кар |
|
|
тона с — 1,45 кдэю!кг-град)', |
|
|
|
|
|
|
cw — теплоемкость влаги (cw = |
4,17 кдж/кг-град)-, |
|
|
на сушку во втором и третьем периодах |
|
|
|
|
|
|
<22.з = [cG+ cwWz) [Ч— ^ ) + г { ^ х— ^ |
s) > |
(15-45) |
где г — теплота парообразования |
при температуре |
t2, определяемая |
|
|
по графику (рис. 15-1); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на подогрев транспортных устройств |
|
|
|
|
|
|
|
Qi = |
ст. yGT. у (Оз—/т. у), |
|
|
(15-46) |
где |
GTy — вес транспортных устройств, |
кг; |
|
|
|
|
|
|
ст.у — их теплоемкость, кджікг-град\ |
|
|
|
|
|
|
tTy — их начальная температура; |
|
|
|
|
|
|
на потери тепла в окружающую среду |
|
|
|
|
|
|
Q5= ä, kFc.k ( A ± ^ - O 0) , |
|
|
(15-47) |
где |
FC,K— поверхность сушильной |
камеры, |
ж2; |
|
|
|
|
•&0— температура окружающего воздуха, |
°С; |
|
|
|
|
/гс.к — коэффициент теплопередачи, |
определяемый по |
формуле |
|
|
^с. к = |
: |
|
|
т |
' |
’> |
|
|
(15-48) |
|
|
|
«1 |
|
|
Я. |
«2 |
|
|
|
|
здесь |
6 — толщина тепловой изоляции камеры, ж; |
кдж/м-ч- |
|
|
X — теплопроводность |
материала |
изоляции, |
|
|
■град; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и а 2 — коэффициенты теплоотдачи к внутренней и от внеш |
|
|
ней поверхности камеры, кдж/м2-ч-град, определяе |
|
|
мые по формулам: |
|
|
|
|
|
|
|
|
а , = 8 + 2 9 Ѵщ,] |
|
|
|
(15-49) |
|
|
a a= |
1 0 j/A tK, |
|
|
|
(15-50) |
где wK— скорость воздуха в сушильной камере, ж/сек; величина АtK
определяется по уравнению |
|
|
|
|
|
/ У д Г _ _ о ^ |
А4 = |
О,Іа, |
я |
-Л) |
(15-51) |
+ - ^ б |
1 +■ |
|
|
|
которое решают путем подбора значений A4 - |
|
|
|
Суммарная затрата тепла в сушильной камере равна |
|
Q = Qi + Q2,3+ |
Q4+ Q5- |
|
|
(15-52) |
Количество воздуха, необходимое для сушки, определяют по формуле
L = ~ т т г • |
|
(15-53) |
с0ДЯ |
|
|
где с0— начальная теплоемкость влажного |
воздуха, равная |
|
с0= 1 + |
1,92*!. |
|
(15-54) |
Количество влаги, поступающей с воздухом, |
|
|
W Bl = XlL. |
|
(15-55) |
Конечное влагосодержание воздуха |
|
|
хя = х1+ |
]Ѵі^~ Ѵз • |
|
(15-56) |
Количество влаги, уходящей с воздухом, |
|
|
Г в3= x3L = Ц7в1 + ( Г , - |
W3). |
(15-57) |
Воздух, выходящий из сушильной камеры, дополнительно к затратам тепла в сушильной камере уносит с собой тепло
Для уменьшения этой потери тепла воздух пропускают через тепло обменник, в котором часть тепла полезно используется для подогрева свежего воздуха, поступающего в помещение, а затем в сушильную камеру. Таким образом, общая затрата тепла, вносимого с воздухом, подогреваемым в калорифере, равна
Qo= Qi + Qa.з+ Q4+ Qs + Об= coL (О!-*!) • |
(15-59) |
Материальный баланс сушки в общем виде показан в табл. |
15-1. |
Т а б л и ц а |
15-1 |
Материальный баланс сушки |
|
|
Приход |
|
наименование |
у кг |
Сухое вещество...................... |
G |
Влага с сухим веществом . . |
WT |
Сухой воздух .......................... |
L |
Влага с воздухом................... |
w n |
Расход
наименование
Сухое вещество...................
Влага с сухим веществом
Сухой воздух......................
Влага с воздухом . . . .
В сего : G + №Т + L + Wщ |
Всего:. G+ W3-]- L + |
