3.2.2. Статика сушки

Тема 8 Процессы сушки 1 2 3 4

3.2.2. Статика сушки

Тема 8 Процессы сушки 1. 2. 3. 4. 5. План (4 часа) Общие понятия сушки Статика сушки Свойства влажного воздуха Материальный и тепловой балансы сушки Устройство сушилок 6. i-x диаграмма Якуб Лидия Николаевна к. ф. -м. н. , доцент Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки

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. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 2

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. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 3

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: 1.

Сушка путем непосредственного соприкосновения сушильного агента (нагретого воздуха, топочных газов) с высушиваемым материалом — конвективная сушка; 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 4

Общие понятия сушки 2. 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. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 5

Общие понятия сушки 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 6

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: • Kоличество испаряющейся жидкости определяется уравнением рассматриваемым ниже: 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 7

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. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 8

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. • 2/2/2018 В соответствии с этим Q 1 будет уменьшаться, a Q 2 увеличиваться Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 9

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. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 10

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. 2/2/2018 Процессы и аппараты.

Тема 8: Процессы сушки 11

Свойства влажного воздуха • Количество водяных паров, содержащихся в 1 м 3 влажного воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. • Вoдяной пар занимает весь объем смеси, поэтому абсолютная влажность воздуха равна массе 1 м 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. 2/2/2018 Процессы и аппараты.

Тема 8: Процессы сушки 12

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; 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 13

Свойства влажного воздуха • Здесь РP — парциальное давление водяного пара, соответствующее его плотности r. P • Pн – 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.

2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 14

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.

2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 15

4. Материальный и тепловой балансы сушки • 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 2/2/2018 Процессы и аппараты.

Тема 8: Процессы сушки 16

Материальный и тепловой балансы сушки • 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 х0 кг/кг сухого воздуха, а на выходе из сушилки х2 кг/кг сухого воздуха, то с воздухом поступает Lx 0 , кг влаги. • Из материала испаряется W кг влаги.

2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 17

Материальный и тепловой балансы сушки • С отработанным воздухом уходит Lx 2 кг влаги. • Следовательно, баланс влаги в сушилке выражается равенством • откуда расход воздуха составляет; • Удельный расход воздуха 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 18

Материальный и тепловой балансы сушки • 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 х0, которое определяется температурой и относительной влажностью воздуха.

• Поэтому расход воздуха, при прочих равных условиях, будет возрастать с увеличением t 0 и j 0. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 19

5. Устройство сушилок • 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. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 20

Устройство сушилок • 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 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 21

Устройство сушилок • 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). 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 22

Камерные сушилки • Разновидностью камерных сушилок является шкафная воздушноциркуляционная сушилка, работающая с промежуточным подогревом и рециркуляцией части воздуха. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 23

Камерные сушилки • Нагретый в воздухоподогревателе 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. • 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 24

Камерные сушилки 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. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 25

Туннельные (коридорные) сушилки • 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.

2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 26

Туннельные (коридорные) сушилки 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 27

Туннельные (коридорные) сушилки • 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.

2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 28

Ленточные сушилки • 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. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 29

Ленточные сушилки • Лента наткнута между звездочкой 4 и ведомой звездочкой 5, служащей для натяжения ленты. • Ленты изготовляют сплошными (из ткани) или сетчатыми (из металлической сетки 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 30

Барабанные сушилки представляет собой цилиндрический наклонный барабан 4 с двумя бандажами 3, которые при вращении барабана катятся по опорным роликам 6. 2/2/2018 Процессы и аппараты. Тема 8: Процессы сушки 31

Источник: https://present5.com/tema-8-processy-sushki-1-2-3-4/

ПОИСК

3.2.2. Статика сушки
    Статика и кинетика процесса сушки. Сущность процесса сушки заключается в переходе влаги, находящейся в твердом материале, из жидкой фазы в газообразную”.

Такой процесс может протекать лишь в том случае, если давление пара над поверхностью материала больше парциального давления его в окружающей газообразной среде. [c.653]

    Как видно из рассмотрения статики сушки (стр. 733), движущая сила процесса сушки определяется разностью давлений Ри—Рп> т.

е. разностью давления паров влаги у поверхности материала р и парциального давления паров в воздухе (или чистого пара) р . [c.758]

    Под статикой процессов сушки обычно понимают процесс изменения параметров сушильного аг ента и их взаимосвязь через уравнения материальных и тепловых балансов процесса. [c.210]

    Статика процессов сушки [c.210]

    Статика и кинетика процесса сушки [c.12]

    Как и в других процессах, различают две стороны процесса сушки—-его статику и кинетику. [c.447]

    Статика сушки устанавливает связь между начальными и конечными параметрами участвующих в сушке веществ (материала и сушильного агента) на основе уравнений материального и теплового балансов из статики сушки определяют состав материала, расход сушильного агента и расход тепла. [c.653]

    Расчет процесса сушки и создание рациональных конструкций сушилок возможны лишь на основе совместного решения вопросов статики и кинетики сушильного процесса. [c.447]

    В настоящей главе приводятся задачи по статике и кинетике сушки, / связанные с определением 1) расхода сушильного агента, 2) расхода тепла, 3) продолжительности сушки и 4) основных размеров сушилки и вспомогательного оборудования.

Кроме того даны примеры расчетов вакуум-сушильного шкафа, камерной сушилки с рециркуляцией воздуха и вальцовой сушилки. Задачи по статике сушки должны быть решены преимущественно с помощью диаграммы Рамзина. [c.

210]

    В гл. 1 были рассмотрены вопросы термодинамики влажных материалов (статика процесса сушки).

В последующей главе дано изложение основных закономерностей протекания процесса сушки влажных материалов, характеризующихся изменением средних влагосодержания й и температуры 7 тела с течением времени (кинетика процесса сушки).

Однако для исследований в области технологии необходимо знать распределение влагосодержания и и температуры I материала в процессе сушки (динамика процесса сушки).

Нахождение нестационарных полей влагосодержания и температуры связано с решением системы дифференциальных уравнений влаго-и теплопереноса. Эта система уравнений была выведена на основании исследования механизма влаго- и теплопереноса в капиллярнопористых коллоидных телах (см. гл. 10). [c.134]

    Для расчета процесса сушки и создания рациональных конструкций сушилок необходимо совместное рассмотрение статики и кинетики сушильного процесса. [c.564]

    А. Статика сушки 79. Смеси паров с газами [c.564]

    СТАТИКА ПРОЦЕССА СУШКИ [c.7]

    Л. К. Ра-мзин при помощи диаграммы влажного воздуха разработал теорию статики сушильных процессов, охватывающую материальный и тепловой балансы сушки. [c.446]

    Процессы, протекающие в АТБ, делят на простейшие операции, сводящиеся к разделению или смешению потоков.

Математическое описание статики типового АТБ включает уравнения материальных балансов по компонентам для основных операций стехиомет-рические соотношения, характеризующие составы выпадающих солей уравнения равновесия между образующимися осадками и растворами энергетические балансы вакуум-кристаллизаторов характеристики процессов отстаивания, центрифугирования, промывки и сушки. Данные о равновесии в солевых системах K+Na+ i O -SO —НгО и K+Na+ O – С1-—Н2О, необходимые для расчета равновесных составов, приведены в виде полиномов, т. е. в форме, удобной для ввода в ЭЦВМ (см. гл. IV). При составлении математического описания АТБ приняты следующие допущения  [c.111]

    В книге обсуждается роль поверхностных сил не только в статике, но и в кинетике. На основе неравновесной термодинамики проводится рассмотрение процессов переноса в тонкопористых телах и тонких пленках жидкостей.

В таких системах дальнодействие поверхностных сил приводит к появлению новых кинетических эффектов, таких, например, как капиллярный осмос, обратный осмос и диффу-зиофорез, лежащих в основе ряда технологических процессов.

Особенности течения жидкостей в тонких порах и пленках важны для понимания закономерностей фильтрации, капиллярной пропитки и диффузионного извлечения, сушки и многих других массообменных процессов.

Совместный анализ процессов тепло- и массопереноса позволил развить теорию термоосмоса, а также теорию термокристаллизационного течения незамерзающих прослоек и пленок воды в промерзших пористых телах. Эта теория дала объяснение известных явлений морозного пучения грунтов и разрушения пористых тел при промораживании. [c.5]

    Связь между параметрами влажного воздуха х, I, ф, / легко определяется по 1—х диаграмме Рамзипа (рис. 10-1), с помощью которой преимущественно и решаются задачи но статике конвективной воздушной сушки. [c.403]

Источник: https://www.chem21.info/info/873897/

19.1.Способы удаления влаги и виды сушки. Классификация форм связи влаги с материалом. Статика и кинетика сушки

3.2.2. Статика сушки

Влагаможет быть удалена различными способами:

1)механический (прессование, отстаивание,фильтрование, центрифугирование) –удаляется влага, не имеющая прочнойсвязи с материалом;

2)физико-химический (поглощениегигроскопическими материалами (H2SO4,NaCl))– удаление дорогое и сложное;

3)тепловое (испарение, выпаривание,конденсация) – используется принеобходимости быстрого удаления влаги.

Процессудаления влаги из материала с использованиемтепловой энергии влаги и с отводомобразующихся паров называется сушкой.Выделяют естественную и искусственнуюсушку.

Основнымвидом сушки является искусственнаясушка. Процессы сушки и применяемые дляних установки классифицируют по различнымпризнакам. К наиболее существенным изних следует отнести способ подводатепла, давления в рабочем пространстве,характер работы установки, направлениедвижения материала и сушильного объекта,конструктивные признаки.

Поспособу подвода тепла различают сушкуконвективную, контактную, радиационную,диэлектрическую (материал нагреваетсяпод действием электрического поля),сублимационную (при низких температурахи глубоком вакууме влага (в твёрдойфазе) испаряется без перехода в жидкоесостояние).

Подавлению в рабочем пространстве различаютатмосферные сушилки (давление существенноне отличается от атмосферного) и вакуумные(давление значительно ниже атмосферного).

Похарактеру работы – непрерывного ипериодического действия.

Понаправлению движения – прямоточные ипротивоточные сушилки.

Поконструктивным особенностям сушилкибывают камерные, туннельные, шахтные,конвейерные.

Процессперехода влаги, находящейся в твёрдомматериале, из жидкой среды в газообразнуюможет протекать лишь тогда, когдадавление пара над поверхностью материалабольше давления в окружающей среде.

Различаютдве стороны сушки – статику и кинетику.Статика сушки устанавливает связь междуначальными и конечными параметрамиучаствующих в сушке веществ (материалаи сушильного объекта) на основе уравненийматериального и теплового баланса. Изстатики определяется расход сушильногообъекта, состав материала, расход тепла.

Кинетикасушки устанавливает связь междуизменением материала во времени ипараметрами процесса (свойства иструктура материала, его размеры).Уравнения кинетики сушки характеризуютпроцесс удаления влаги из материала вовремени и используются для определениядлительности и режима сушки.

Длярасчёта процессов сушки и созданиярациональных конструкций сушилокнеобходимо совместное рассмотрениестатики и кинетики процесса.

19.2.Материальный и тепловой баланс воздушной сушки

Материальныйбаланс сушки

m1,m2–количество влажного материала,поступающего в сушилку, и высушенногоматериала соответственно, кг/с

U1,U2– влажность материала (U1и U2весовых долей соответственно)

W– количество испарённой влаги, кг/с

Материальныйбаланс по всему количеству материала:m1=m2+W,кг/с (1)

Баланспо абсолютно сухому веществу, количествокоторого не меняется в процессе сушки:mсух=m1·(1-U1)=m2·(1-U2) (2)

Из(1) и (2) определяют m2и W.

Длятеплового расчёта сушилки необходимознать расход воздуха на сушку, которыйопределяется из баланса влаги.

Если насушку расходуется Lкг абсолютно сухого воздуха, причёмвлагосодержание влажного воздуха всушилке на входе Х0кг/кгсух.в., а сухого – Х2кг/кгсух.в.

, то с воздухом поступает(L·X0)кг влаги, с отработанным воздухом –(L·X2)кг, из материала испаряется Wкг влаги. Тогда баланс влаги в сушилке:L·X2=L·X0+W.

Расходвоздуха составляет: L=W/(X2-X0)

Удельныйрасход воздуха (на 1 кг влаги):l=L/W=1/(X2-X0),кгсух.в/кгвл (3)

Из(3) видно, что lзависит только от разности влагосодержанийотработанного и свежего воздуха. Расходвоздуха тем выше, чем выше его Х0,которое определяется температурой иотносительной влажностью воздуха.Расход воздуха при других условияхвыше.

Расходвоздуха в летних условиях больше, чемв зимних, и устройства для перемещениявоздуха (вентиляторы, газодувки)необходимо выбирать по расходу на самыйтёплый месяц года. Значение t0и φ0зависят от условий района, где работаетсушилка.

Тепловойбаланс сушки

С,Св, С2,Ст– средние удельные теплоёмкости:сушильного агента (на 1 кг сухого); влаги,удалённой из материала; высушенногоматериала; транспортных устройствсушилки, Дж/(кг·0С).

t0,t2– температура сушильного агента до ипосле сушилки, 0С

θ1,θ2– температура материала на входе ивыходе из сушилки, 0С

mт– масса транспортных устройств, кг

– температура транспортных устройствна входе и выходе из сушилки,0С

– энтальпия водяного пара в свежем иотработанном виде, Дж/кг

Баланстепла:

1)приход тепла: L·C·t0

2)с высушенным материалом: m2·C2·θ1

3)с влагой, испаряемой материалом: W·Св·θ1

4)физическое тепло транспортных устройств:mт·Cт·

5)подводимое тепло: Q=Qн+Qдоб,где Qн– тепло нагревания сушильного объекта(в воздухонагревателе или топке), Qдоб– дополнительное тепло в сушильнойкамере (от дополнительных воздухонагревателей)

Расходтепла:

1)в сушильном агенте: L·C·t2

2)с высушенным материалом: m2·C2·θ2

3)с влагой, испаряемой материалом: W·

4)физическое тепло транспортных устройств:mт·Cт·

5)потери тепла в окружающую среду: Qп

Уравнениетеплового баланса:

L·C·t0+m2·C2·θ1+W·Св·θ1+mт·Cт·+Q=L·C·t2+m2·C2·θ2+W·+mт·Cт·+Qп (4)

Решая(4) относительно полученного тепла,получим:

Q=L·C·(t2-t0)+m2·C2·(θ2-θ1)+W·-Св·θ1)+mт·Cт·(+Qп (5)

Из(5) видно, что подводимое в сушку теплорасходуется следующим образом:

1)потери с уходящим сушильным агентомQух

2)потери на испарение влаги Qисп

3)потери на нагревание высушенногоматериала Qмат

4)потери на нагревание транспортныхустройств Qт

5)потери в окружающую среду Qп

(5)можно записать в виде:

Q=Qух+Qисп+Qмат+Qт+Qп (6)

Длясравнения работы различных сушилокудобно вести тепловые расчёты на 1 кгиспарённой влаги, разделив все членыуравнения (5) на Wи обозначив удельный расход тепла исушильного агента соответствующимистрочными буквами:

q=l·C·(t2-t0)+-Св·θ1)+qмат+qт+qп=qух+qт+qмат+qт+qп

Источник: https://studfile.net/preview/7445025/page:26/

Book for ucheba
Добавить комментарий