Герман Ефремов - Макрокинетика сушки

где р н’– давление насыщенного водяного пара при температуре мокрого термометра; В – барометрическое давление, атм.

На Рис. 2.4, б показаны варианты процесса сушки от температуры t 1на входе до температуры t 2на выходе из сушилки. Линия ВD соответствует процессу в теоретической сушилке ( h = соnst). Линии действительной сушки проходят либо выше нее ВD’, с повышением энтальпии (при подводе дополнительного тепла в сушилку), либо ниже ВD” с понижением энтальпии (при наличии теплопотерь в окружающую среду, на нагрев материала, на нагрев транспортных устройств). По линии теоретической сушки (адиабатического насыщения воздуха влагой) на h-d диаграмме для воздуха происходит изменение его параметров (температуры, влагосодержания и относительной влажности) за счет адиабатического испарения свободной поверхностной влаги в начальный первый период сушки.

Разность между температурой воздуха (сухого термометра) t си температурой мокрого термометра t м, характеризует способность воздуха поглощать влагу из материала и носит название потенциала (движущей силы) сушки ε:

Потенциал сушки характеризует скорость испарения влаги из материала, которая зависит от состояния воздуха и температуры процесса, т. е. определяется совместным влияниям тепло- и массообмена. Когда воздух полностью насыщается влагой ( t в= t м), потенциал ε становится равным нулю, и сушка прекращается.

Более удобно определять потенциал сушки по ε-d диаграмме (Рис. 2.5), предложенной Г. К. Филоненко [2], дающей связь между ε, d и t м. Она построена в более простых, прямоугольных координатах.

Поскольку теплота испарения, теплоемкость влажного воздуха и диффузионный критерий Прандтля, в сущности, не зависят от давления, то линии адиабаты ( h = соnst) и температуры мокрого термометра ( t м= соnst) на h-d диаграмме для воздуха одни и те же для разных давлений. Это дает возможность ее использовать при давлениях, отличных от атмосферного, с корректировкой других параметров диаграммы.

Следует отметить, что рассмотренная в данном разделе h-d диаграмма для воздуха дает возможность определить лишь статические его параметры и не описывает кинетику происходящих процессов.

Рис. 2.5 Диаграмма ε-d Г. К. Филоненко [2] для определения потенциала сушки.

Ниже рассмотрены примеры применения h-d диаграммы для воздуха при нахождении потенциала сушки и относительной влажности воздуха в сушилке.

Пример 4. Найти потенциал сушки для теоретической сушилки на входе ε 1, выходе ε 2и среднее значение ε српо следующим данным:

На входе в калорифер температура воздуха t 0= 22 °С, относительная влажность φ 0= 0,75; на выходе из сушилки температура воздуха t 2= 50 оС, относительная влажность φ 2= 0,5.

Решение.По известным параметрам t 0и φ 0находим на h-d диаграмме точку А (Рис 2.4, а) и влагосодержание d 0= 0,0125 кг/кг. По известным параметрам t 2и φ 2находим на диаграмме точку D и энтальпию h 2= 162 кДж/кг. Проводим через точку D линию, соответствующую процессу в теоретической сушилке ( h = соnst) до пересечения с линией насыщения φ = 100% (точка М) и получаем t м= 38 оС. Продолжая линию h = соnst вверх до пересечения с вертикальной линией d 0= d 1= соnst (точка В, Рис. 2.4, а) и получаем t 1= 125 оС.

Находим потенциал сушки в точке В:

ε 1= t 1– t м= 125-38 = 87 ( оС).

Находим потенциал сушки в точке D:

ε 2= t 2– t м= 50-38 = 12 ( оС).

Среднее значение ε срнаходим по уравнению:

Пример 5.Определить по показаниям психрометра t м= 70 °С и t в= 85 °С относительную влажность воздуха в сушилке, если давление в ней 700 мм рт.ст., а скорость воздуха 2 м/с.

Решение.Т. к. h-d диаграмма построена для давления 745 мм рт.ст., то расчет проводим аналитически. Находим поправку А по уравнению (2.20) на скорость движения воздуха в сушилке u , в месте установки психрометра:

По таблице свойств насыщенного водяного пара (Приложение) находим давление пара р н’= 0,3177 при температуре мокрого термометра t м= 70 оС. Для температуры t в= 85 оС давление насыщенного водяного пара рн находим по формуле линейной интерполяции табличных данных:

Определяем парциальное давление водяного пара в движущемся воздухе по уравнению (2.21):

Окончательно находим относительную влажность воздуха в сушилке по уравнению (2.5):

Топочные (дымовые) газы в смеси с атмосферным воздухом широко используются при сушке различных материалов, в том числе органических веществ и пищевых продуктов. Многие материалы, например, песок, глина, твердое топливо, неорганические соли и т. д. высушивают при довольно высоких температурах – от 300 до 800 °С и выше. Для сушки этих материалов наиболее рационально использовать топочные газы, разбавляя их до нужной температуры атмосферным воздухом.

Преимущества сушки топочными газами: возможность получения высоких температур; простота топочных устройств; возможность непосредственного применения отработанных газов паровых котлов, промышленных печей, тепловых установок и других агрегатов.

Недостатки сушки топочными газами: возможность загрязнения высушиваемого материала продуктами сгорания (попадание на высушиваемый материал сажи или капель жидкого несгоревшего топлива), опасность работы с высокими температурами (возникновение пожаров в газоходах и пылеулавливающей аппаратуре при догорании угольной пыли или капель жидкого топлива), а также токсичная опасность при работе, из-за наличия в топочных газах вредных соединений (особенно сернистых).