Сушіння. Варіанти процесу сушіння.

7.1 Варіанти процесу сушіння.

7.2 Кінетика сушіння.

7.3 Схеми сушарок.

7.4 Методи підвищення ефективності.

7.1

Якщо в сушильну камеру вводиться додаткове тепло в кількості, компенсуючій всі втрати, то процес сушки протікає при постійній ентальпії повітря і розглядається як теоретична сушка. I — Х-диаграмма такого процесу представлена на рис.136. Повітря в калорифері від початкового стану t0, Xo І₀ — крапка А нагрівається до t1 — точка В. Нагрев ведеться при постійному влагосодержании (X1=X0), і на діаграмі це зображається вертикальною лінією А — В. Процесс сушки в теоретичній сушарці протікає при постійній ентальпії по лінії В — С. Его кінцевий стан визначається перетином лінії рівної ентальпії і заданої відносної вологості ц2 (або t2) і визначається крапкою С.

У тих випадках, коли додаткове тепло Qд не подається в сушильну камеру або його кількості недостатньо для покриття всіх втрат, ентальпія повітря при сушці зменшується, процес протікає по лінії В — З’ і його кінцевий стан виражається крапкою З’ (I’2).

Якщо ж кількість тепла Qд, що додатково вводиться, перевищує всі втрати, ентальпія повітря, що відходить І₂ буде вище, ніж І₁, процес сушки піде по лінії В — З" же кінцевий стан повітря виразиться крапкою З" (І"₂).

Таким чином, кінцевий стан повітря визначається залежно від кількості підведеного тепла, тепловтрат і заданої кінцевої температури t2 або відносній вологості ц2. По знайденому таким чином Х2 з рівняння (16.10) визначають загальну витрату повітря на сушку.

У тих випадках, коли як теплоносій застосовують димові гази, процес сушки графічно виражається аналогічним чином. Проте оскільки сушка проводиться при значно вищих температурах сушильного агента, для розрахунку сушарок застосовують спеціально складену І–X-диаграмму

Зазвичай приймають, що теплоємності димових газів мало відрізняються від теплоємності повітря.

Крім розглянутої основної схеми сушильного процесу у ряді випадків застосовують її видозміни.

Ріс.136. Діаграма процесу сушки в теоретичній і дійсній сушарках.

Сушка з проміжним нагрівом повітря по зонах. Сушарка в цьому випадку складається з ряду зон, в кожній з яких встановлений калорифер. Повітря, що поступає ззовні, нагрівається в першому калорифері і поступає в першу зону, де відбувається часткове підсушування матеріалів. При проходженні другого калорифера температура повітря декілька піднімається, після чого повітря поступає в другу зону, і так далі Таким чином, в кожній зоні відбуваються поступовий підігрів матеріалу і видалення вологи. Процес сушки протікає в м'якших умовах, висушуваний матеріал не перегрівається, як при сушці по основному варіанту. Сушка з проміжним нагрівом повітря дозволяє уникнути осмолення, викривлення матеріалу і так далі

Сушка з частковою рециркуляцією відпрацьованого повітря. По цій схемі повітря, що пройшло калорифер і сушильну камеру, зволожується і підігрівається. Для зменшення витрати тепла і забезпечення м'якших умов сушки відпрацьоване повітря частково повертається і змішується зі свіжим. Це підвищує його відносну вологість і створює також м'якші умови сушки.

7.2

Швидкість сушки U визначається кількістю вологи W, що видаляється з одиниці поверхні F висушуваного матеріалу в одиницю часу ф, тобто (16.13)

У міру проведення процесу швидкість сушки змінюється залежно від наступних чинників:

природи висушуваного матеріалу (структури, хімічного складу, характеру зв'язку вологи з матеріалом і ін.);

форми висушуваного матеріалу (розмірів шматків, товщину шаруючи, відносини величини поверхні висушуваного матеріалу до його об'єму);

початкового і кінцевого влагосодержания матеріалу;

зовнішніх чинників (вологості, температури, швидкості руху повітря, що омиває матеріал);

характеру і умов обтікання матеріалу повітрям (перемішування висушуваного матеріалу з повітрям, ступені оновлення поверхні — сушка в нерухомому шарі або в умовах енергійного перемішування).

Перераховані чинники зв'язані між собою складною залежністю.

Ріс.137. Крива сушки

На діаграмі (рис.137) представлена спрощена залежність влагосодер-жания матеріалу, що відкладається по осі ординат, від часу сушки, откла-дываемого по осі абсцис, — кривая сушки. Як видно з приведеного графіка, ліва частина цієї лінії пред-ставляет собою прямолинейну зависи-мость,т. е. видалення вологи з матеріалу відбувається пропорційно часів.

Протягом періоду І швидкість сушки залежить від зовнішніх чинників — температури, швидкості протікання теплоносія, його влагосодержания. У цей період влагосодержание матеріалу велике і волога з товщі матеріалу поступає досить швидко за рахунок дифузії. Він продовжується до тих пір, поки вміст вологи в матеріалі не зменшиться до певної величини. У цей момент буде досягнута так звана критична крапка, після якої характер зміни швидкості сушки різко зміниться і почнеться період II, — падаючій швидкості сушки.

Під час періоду II швидкість сушки зменшується і виражається кривою, такою, що має асимптотичний характер. Швидкість сушки в цей період визначається швидкістю підведення вологи до поверхні висушуваного матеріалу, тобто швидкістю дифузії вологи в матеріалі.

Очевидно, в цьому випадку основні чинники, що впливають на процес: природа висушуваного матеріалу, форми і розміри частинок товщина шаруючи і ін. Тривалість кожного періоду різна і залежить від властивостей висушуваного матеріалу, його форми і розмірів, початкової вологості і інших чинників.

Різноманітність властивостей висушуваних матеріалів, форми і розмірів частинок, початкової і кінцевої вологості, використовуваних теплоносіїв викликає необхідність різних конструктивних вирішень апаратури, що задовольняють виникаючим вимогам. Цим пояснюється застосування численних типів сушильних апаратів, основні з яких будуть розглянуті нижче. Порівняння інтенсивності роботи окремих конструкцій проводять по кількості вологи, що видаляється з одиниці об'єму апаратури в одиницю временя (кг/м3ч); цю величину називають напругою сушки по волозі.

7.3

Конструкції сушарок досить різноманітні і відрізняються по ряду ознак:

способу підведення тепла — конвективні і контактні сушарки;

використовуваному теплоносію — повітря, димові гази, пара, електронагрів;

способу організації процесу — сушарки періодичної і безперервної дії;

взаємному напряму руху матеріалу і сушильного агента — прямоточні і протиточні сушарки;

стану висушуваного матеріалу — нерухомий шар, матеріал, що безперервно пересипається, і ін.