Барабанная сушилка

 

 

                                                                          

     Рисунок 2.2 – Зависимость изменения влажности материала от времени

 

     Значение критической влажности тем меньше отличается от значения гигроскопической влажности, чем меньше разница во влажности на поверхности и внутри материала. Поэтому критическая влажность зависит от толщины материала и режима сушки.

     В период постоянной скорости сушки температура на поверхности материала равна температуре мокрого термометра. В период падающей скорости сушки температура материала постепенно возрастает и в конце сушки приближается к температуре сушильного агента. Этот период продолжается до достижения w_p .

     Теоретически равновесная влажность может быть достигнута лишь при бесконечно большой продолжительности сушки. Влажность, близкая к равновесной, достигается по истечении некоторого промежутка времени. На основании экспериментов установлено, что скорость продвижения влаги внутри материала определяется формой связи влаги с материалом.

     Продолжительность сушки зависит от рода высушиваемого материала, его геометрических размеров, назначения, типа сушилки, способа подвода тепла, режима сушки и ряда других причин. Вследствие этого аналитическое определение продолжительности сушки в ряде случаев представляет определенные трудности. Чаще всего продолжительность сушки определяют экспериментальным путем.

Материальный  и тепловой баланс процесса сушки

     Материальный и тепловой балансы рассмотрим на примере конвективной сушилки.

При расчете  процесса в сушилке должна быть задана начальная  и конечная  влажности материала:

- влажность по влажному материалу - количество влаги, отнесенное к весу влажного материала,%,[3]:

 

×100

(2.8)

  где W – количество влаги, удаляемой из материала при сушке, кг/ч;

         G_сух – количество сухого материала, кг/ч.

 - влажность по сухому материалу – количество влаги, отнесенное к весу сухого материала,%,[3]:

 

×100

(2.9)

     Связь между влажностями по влажному и сухому материалу выражается следующими соотношениями,%,[3]:

×100   ×100

(2.10)   (2.11)

    Количество абсолютно сухого вещества,кг/ч,[3]

 

(2.12)

где G_н – количество влажного материала,поступающего на сушку,кг/ч;

        G_к – количество высушеного материала,кг/ч;

       ω_н,ω_к – соответственно начальная и конечная влажность материала(считая на общую массу материала).

     Количество высушенного вещества,кг/ч,[3]

(2.13)

Количество вещества, поступающего на сушку,кг/ч,[3]:

(2.14)

 

   Количество влаги, удаляемой в сушилке,кг/ч,[3]:

или  .

(2.15)

      При расчетах сушилок приходится относить производительность сушилок по влаге или по высушенному веществу к единице поверхности нагрева или единице объема сушилки. Эта величина, зависящая от типа сушилки, влажности материала и др., называется напряжением сушилки,кг/м³,[3]:

 

(2.16)

где – время сушки, с;

      V – оъем сушилки,м³.

Для сушилок  контактного типа,кг/м²,[3]

(2.17)

где F – поверхность нагрева в сушилке,м².

Баланс влаги  в конвективной сушильной установке

     Исходя из уравнения материального баланса, можно определить расход воздуха в сушилке, из уравнения баланса влаги,[3]

, ;	(2.18) (2.19)

где L – количество абсолютно сухого воздуха,кг/ч;

      d₁, d₂ – диаметр сушильной камеры на входе и на выходе,м.

     Удельный расход сухого воздуха,кг/кг,[3]

, ,

(2.20)

Так как , то удельный расход сухого воздуха

.

(2.21)

 

Тепловой  баланс конвективной сушильной установки

Приход тепла  в сушилку:

• с сушильным агентом – ;
• с влагой материала – ;
• с материалом – ;
• с транспортными устройствами – ;
• от источника тепла в калорифере – (не учитывается при сушке дымовыми газами);
• от дополнительного источника тепла – .

Расход  тепла:

• с уходящим воздухом – ;
• с высушенным материалом – ;
• с транспортными устройствами – .

Потери  в окружающую среду –  ^_.

Уравнение теплового баланса,[3]

 

,

(2.22)

где – теплоемкость высушиваемого материала, Дж/(кг×град);

    – температура влаги и материала на входе в сушилку,;

    – температура материала на выходе из сушилки,;

      c_вл – теплоемкость влажного материала, Дж/(кг×град);

     c_тр – теплоемкость транспортных устройств, Дж/(кг×град);

     t_ТРвых – температура на выходе из транспортных устройств,

      - приход теплоты от источника тепла в калорифере, Дж;

     - приход теплоты от дополнительного источника тепла, Дж;

     - потери в окружающую среду, Дж.

     Теплоемкость высушиваемого материала, Дж/(кг×град),[3]

(2.23)

Уравнение теплового  баланса на 1 кг испаренной влаги,Дж/кг,[3]

(2.24)

 где q_к – удельный расход тепла в основном калорифере, Дж/кг;

       q_д – удельный расход тепла в дополнительном калорифере, Дж/кг;

        q_м – удельный расход тепла на нагрев высушенного материала, Дж/кг;

        q_тр – удельный расход тепла на нагрев транспортных устройств, Дж/кг;

        q_п – удельные потери тепла сушилкой в окружающую среду, Дж/кг.

     Удельный расход тепла в калорифере, Дж/кг,[3]

(2.25)

Или

.

(2.26)

Обозначив

,

(2.27)

получим уравнение баланса сушильной  камеры

 

(2.28)

 

Это выражение  характеризует отклонение действительного  процесса сушки от теоретического и  представляет собой внутренний баланс тепла в сушилке.

Для теоретической  сушилки  , тогда

, т. е.  .

(2.29)

Скорость  процесса сушки

   Процесс сушки характеризуется тремя периодами: подогрева, постоянной и подающей скорости сушки, за которыми следует период равновесного состояния.

     Первый период сушки характеризуется ускоренным прогревом массы сырья от начальной температуры до температуры насыщенного теплоносителя при данном его влагосодержании. Температура влажного материала соответствует показаниям мокрого термометра, температура среды — показаниям сухого термометра психрометра. Влагосодержание материала изменяется еще незначительно. Относительно высокая пористость материала изделий, значительное количество сильно развитых макроскопических пор и наличие влаги, механически связанной частицами глинистых материалов и слабоудерживаемой в толстых гидратных оболочках глинистых частиц, обусловливают возможность .интенсивной сушки в первый период, особенно после отдачи первых 3—5% общего количества имевшейся в изделиях влаги. К концу периода устанавливается равновесие между количеством теплоты, идущим на нагрев массы полуфабриката, и количеством, расходуемым на испарение влаги.

     Второй период сушки характеризуется наличием на кривой скорости сушки горизонтального участка, указывающего на то, что скорость сушки численно равна скорости испарения влаги с поверхности полуфабриката. Влагосодержание материала изменяется почти по прямой. Температура поверхности остается постоянной, так как основная масса теплоты расходуется на испарение влаги. Поверхность изделия остается смоченной влагой, поступающей из внутренних слоев. Постоянная скорость сушки сохраняется до тех пор, пока количество испаряющейся с поверхности изделия воды меньше или равно количеству воды, поступающему по капиллярам из внутренних слоев под действием диффузионно-осмотических и капиллярных сил.

     Интенсивность сушки во втором периоде зависит уже не от скорости испарения влаги с поверхности изделия, а от скорости перемещения ее из внутренних слоев материала наружу. При этом влага перемещается в основном в виде пара и изделие теряет большую часть влаги, скорость сушки резко падает, что фиксируется изломом на кривой сушки в точке К, указывающим на окончание второго периода сушки. Влажность, соответствующая окончанию второго периода, называется критической для данного материала и при данных параметрах теплоносителя. К концу второго периода влагосодержание поверхности материала выравнивается с его равновесным влагосодержанием, фронт испарения влаги перемещается внутрь материала и начинается третий период сушки.

     Третий период характеризуется падающей скоростью сушки и повышением температуры материала. Интенсивность влагоотдачи в этом периоде пропорциональна средней влажности материала в интервале от критической до конечной влажности. Разность между влажностью материала до сушки и влажностью, соответствующей равновесной, определяется количеством влаги, удаляемой в процессе сушки. В третьем периоде сушки допускается значительное повышение температуры и скорости теплоносителя.

     Сушку изделий прекращают при достижении конечной влажности Wкон, которая меньше критической Wкр, но больше или равна равновесной влажности Wp:Wкр> Wкон≥Wp.

 

2.2. Принципиальная  схема сушильной установки

  

     Основной частью сушильной установки является вращающийся барабан 3 (pис.2.3). На барабане имеются два бандажа 12, каждый из которых катится по двум роликам 14, укреплённым на металлической раме, и зубчатый венец 13, служащий для приведения барабана во вращение от электродвигателя 15 через редуктор. Влажный материал (нитрат натрия) из бункера 1 поступает в сушилку, пройдя предварительно ячейковый питатель 2, необходимый для обеспечения герметичности установки. Внутри барабана имеется подъёмно-лопастная насадка, прикреплённая к стенке барабана. Назначение насадки - дать за один оборот барабана возможно большее число пересыпаний материала. При вращении барабана материал проходит вдоль сушилки, причём продвижение частиц происходит во время их падения, как за счёт наклона барабана, так и вследствие откоса частиц потоком сушильного агента. Параллельно материалу в сушилку подаётся вентилятором 5 сушильный агент(воздух),предварительно подогретый в калорифере 4. Транспортирование сушильного агента через сушильную установку осуществляется с помощью вентилятора 11, при этом установка находится под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности установки. Высушиваемый материал с противоположного конца сушильного барабана поступает в промежуточный бункер 8, а из него на транспортирующее устройство 9. Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне 10. Отсасывание газов из циклона производится вытяжным вентилятором 11. Температуру поступающих газов в сушилку газов измеряют термометром 16. Температуру газов, уходящих из сушилки, измеряют термометром 17, их влагосодержание - психрометром 18, а количество - при помощи расходомера 19. Частицы не улавливаемые циклоном задерживаются водой в мокром пылеуловителе 20 и насыщенный раствор поступает из отстойника 21 в сушильный барабан.

   

 

     1 – бункер, 2 - ячейковый питатель, 3 - вращающийся барабан, 4 – калорифер, 5,11 – вентиляторы, 8 – промежуточный бункер, 9 – транспортирующее устройство, 10 – циклон, 12 – бандажи, 13 – зубчатый венец, 14 – ролики, 15 – электродвигатель, 16,17 – термометры, 18 – психрометр, 19 – расходомер, 20 - мокрый пылеуловитель, 21 - отстойник.