Тема 8 План ( 4 часа ) Общие понятия сушки Статика сушки Свойства влажного воздуха Материальный и тепловой балансы сушки Устройство сушилок i-x диаграмма Якуб Лидия Николаевна к.ф.-м.н.,доцент
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 2 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.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 3 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.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 4 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: Сушка путем непосредственного соприкосновения сушильного агента (нагретого воздуха, топочных газов) с высушиваемым материалом — конвективная сушка ;
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 5 Общие понятия сушки 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.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 6 Общие понятия сушки
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 7 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: K оличество испаряющейся жидкости определяется уравнением рассматриваемым ниже:
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 8 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.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 9 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. В соответствии с этим Q 1 будет уменьшаться, a Q 2 увеличиваться
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 10 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.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 11 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.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 12 Свойства влажного воздуха Количество водяных паров, содержащихся в 1 м 3 влажного воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. В o дяной пар занимает весь объем смеси, поэтому абсолютная влажность воздуха равна массе 1м 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.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 13 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;
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 14 Свойства влажного воздуха Здесь Р P — парциальное давление водяного пара, соответствующее его плотности r P P н - 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.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 15 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.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 16 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 4. Материальный и тепловой балансы сушки
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 17 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 х 0 кг/кг сухого воздуха, а на выходе из сушилки х 2 кг/кг сухого воздуха, то с воздухом поступает Lx 0, кг влаги. Из материала испаряется W кг влаги. Материальный и тепловой балансы сушки
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 18 С отработанным воздухом уходит Lx 2 кг влаги. Следовательно, баланс влаги в сушилке выражается равенством откуда расход воздуха составляет; Удельный расход воздуха Материальный и тепловой балансы сушки
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 19 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 х 0, которое определяется температурой и относительной влажностью воздуха. Поэтому расход воздуха, при прочих равных условиях, будет возрастать с увеличением t 0 и j 0. Материальный и тепловой балансы сушки
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 20 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. 5. Устройство сушилок
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 21 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 Устройство сушилок
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 22 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). Устройство сушилок
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 23 Разновидностью камерных сушилок является шкафная воздушно-циркуляционная сушилка, работающая с промежуточным подогревом и рециркуляцией части воздуха. Камерные сушилки
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 24 Нагретый в воздухо - подогревателе 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. Камерные сушилки
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 25 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. Камерные сушилки
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 26 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. Туннельные (коридорные) сушилки
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 27 Туннельные (коридорные) сушилки
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 28 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. Туннельные (коридорные) сушилки
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 29 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. Ленточные сушилки
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 30 Лента наткнута между звездочкой 4 и ведомой звездочкой 5, служащей для натяжения ленты. Ленты изготовляют сплошными (из ткани) или сетчатыми (из металлической сетки Ленточные сушилки
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 31 Барабанные сушилки Барабанные сушилки представляет собой цилиндрический наклонный барабан 4 с двумя бандажами 3, которые при вращении барабана катятся по опорным роликам 6.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 32 Барабанные сушилки Материал перемещается в сушилке при помощи внутренней насадки 10.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 33 Барабанные сушилки Обычно в барабанных сушилках материал и сушильный агент движутся прямотоком, благодаря этому предотвращается пересушивание и унос материала с топочными газами.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 34 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.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 35 Сушилки с кипящим (псевдоожиженным) слоем В камере смешения 2 топочные газы сме-шиваются с возду-хом, нагнетаемым вентилятором 1, и поступают в нижнюю цилиндрическую или прямоугольную сушильную камеру 3 с газораспределитель-ной решеткой 4.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 36 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.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 37 Сушилки с кипящим (псевдоожиженным) слоем Высушенный материал пересыпается через порог 6 в сборник 7. Твердые частицы, уносимые потоком сушильного агента, отделяются в циклоне 8.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 38 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.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 39 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.
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 40 6. i-x диаграмма
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 41 i-x диаграмма
15.02.2019 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 42 Благодарю за внимание
