Материальный и тепловой баланс

Для составления баланса обозначим:

G₁ – количество влажного материала, поступающего на сушку, кг/ч;

G₂ – количество высушенного материала, кг/ч;

ω₁ и ω₂ – начальная и конечная влажность материала (считая на общую массу материала), %;

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

Материальный баланс будет иметь вид:

по всему материалу, подвергаемому сушке:

по абсолютно сухому веществу в высушиваемом материала:

На сушку поступает воздух с влагосодержанием х₀ кг/кг сухого воздуха, причем расход абсолютно сухого воздуха составляет L кг/ч. Из сушилки (при отсутствии потерь) выходит такое же количество абсолютно сухого воздуха, а влагосодержание меняется до х₂ кг/кг сухого воздуха. Количество влаги, удаляемое из материала W кг/ч.

Тогда материальный баланс по влаге:

расход абсолютно сухого воздуха на сушку:

Удельный расход воздуха на испарение из материала 1 кг влаги:

Приход тепла:

С наружным воздухом – LI₀

С влажным материалом:

с высушенным материалом – G₂с_мθ₁

с влагой, испаряемой из материала – Wс_вθ₁

С транспортными устройствами – G_тс_тt_тн

В основном (внешнем) калорифере – Q_к

В дополнительном калорифере – Q_д

Расход тепла:

С отработанным воздухом – LI₂

С высушенным материалом – G₂с_мθ₂

С транспортными устройствами – G_тс_тt_тк

Потери тепла в окружающую среду – Q_п

На сушку поступает G₁ кг/ч исходного материала с температурой θ₁⁰С. В сушилке испаряется W кг/ч влаги, из сушилки удаляется G₂ кг/ч высушенного материала с температурой θ₂⁰С. Удельная теплоемкость высушенного материала с_м Дж/(кг·град) и теплоемкость влаги с_в Дж/(кг·град).

В сушилку подается влажный воздух (сушильный агент), содержащий L кг/ч абсолютно сухого воздуха. Перед калорифером воздух имеет энтальпию I₀ Дж/кг сухого воздуха; после нагрева, т.е. перед сушилкой энтальпия повышается до I₁ Дж/кг сухого воздуха. После выхода из сушки энтальпия I₂ Дж/кг сухого воздуха.

В сушилке могут быть транспортные устройства, на которых находится материал. Пусть масса этого устройства G_т кг, удельная теплоемкость их материала с_т Дж/(кг·град), температура на входе в сушилку t_тн , а на выходе t_тк.

Общий расход тепла на сушку Q_к + Q_д

Принципиальная схема контактной сушилки

Устройство сушилок

Конвективная сушка

Камерные сушилки. Периодического действия, работают при атмосферном давлении. Материал располагается на лотках, устанавливаемых на стеллажах, находящихся внутри сушильных камер. Вентилятором подогретый воздух затягивается в камеру.

Туннельные сушилки. Здесь вагонетки с материалом перемещаются по рельсам вдоль длинной камеры прямоугольного сечения. На входе и выходе имеются герметичные двери. Сушильный агент движется прямотоком или противотоком. Недостатки: длительная и неравномерная сушка, ручное обслуживание.

Ленточные сушилки – непрерывная сушка при атмосферном давлении. Материал движется на ленте, натянутой между ведущим и ведомым барабанами. Влажный материал подается на один конец ленты и удаляется с другого, который обдается, горячим воздухом или топочными газами, которые движутся противотоком (одноленточные или многоленточные).

Барабанные сушилки

Она состоит из барабана, устанавливаемого с небольшим уклоном к горизонту и опирающегося с помощью бандажей на ролики. Барабан приводится во вращение через зубчатую передачу и редуктор электродвигателем. Число оборотов барабана 5 – 8 мин^-1. Материал поступает через питатель, перемешивается лопастями и поступает на внутреннюю насадку. Сушильный агент движется прямотоком. Чтобы избежать усиленного уноса пыли скорость агента 2 – 3 м/сек. Перед выбросом агент очищается в циклоне от пыли, высушенный материал удаляется через разгрузочную камеру.

Насадка подъемно – лопастная, секторная, распределительная, перевалочная.

Диаграмма изменения влагосодержания и температуры во времени

По характеру взаимодействия:

Сушилки

Классификация:

– по величине давления в камере – атмосферные и вакуумные;

– по режиму работы – периодического и непрерывного действия;

–по направлению движения сушильного агента – прямоточные, противоточные, перекрестные, реверсивные;

–по характеру движения сушильного агента – с естественной и принудительной циркуляцией;

–по способу нагрева сушильного агента – с паровым подогревателем, с огневым подогревателем, путем смещения с топочными газами, с электронагревом.

Камерная – периодического действия, атмосферная, в маломасштабных производствах, противоточная.

Плита состоит из 16 пластин 1,5х0,3м; площадь одной пластины 0,132м², всей полки 2,11м².

Длительность сушилки 20 – 50 мин.

Производительность по испаряемой влаги – 80 – 100 кг/ч; по сырому продукту 500 – 3500 кг/ч.

Туннельная: одноходовая, двухходовая.

Листовой и штучный материал; противоточный и смешенный ток. Скорость газа не менее 1 – 1,5 м/с.

Двухходовая

1 – размоточное устройство; 2 – нож; 3 – туннель; 4 – намоточное устройство.

Ленточная:

Одноленточная

1 – лента; 2 – пароперегреватель; 3 – вентилятор; 4 – сопла; 5 – выхлоп пара.

Многоленточная

1 – камера сушилки; 2 – бесконечная лента; 3 – питатель; 4 – ведущие барабаны; 5 – калорифер; 6 – ведомые барабаны.

Петлевая. Длина петли 5 м; скорость выхода изделия: бумаги 6 – 10 м/мин, кинопленки 4 – 7 м/мин; толщина слоя 5 – 25 м; температура агента 300 ⁰С.

Линейная

1 – питатель; 2 – прижимные валки; 3 – направляющий барабан; 4 – сетчатая лента с пастой; 5 – транспортер, несущий петли; 6 – разгрузочный ролик; 7 – ударники; 8 – шнек для высушенного материала; 9 – пустая сетка.

Турбинные: рама + тарелки; 2 об/мин; турбина 60 об/мин; сыпучие материалы; диаметр сушилки до 12 м; число тарелок – 20 шт.

Шахтная сушилка: со свободным падением материала; с замедленным падением материала. Высота аппарата 60 – 80 м.

С псевдоожиженным слоем: однокамерные, многокамерные.

Аэрофонтанные сушилки – скорость газа 0,2 – 0,5 м/с; с решеткой; без решетки.

Распылительная сушилка. Температура газа ≈ 110 – 850 ⁰С; давление воздуха ≈ 0,3 МПа.Тангенциальный ввод теплоносителя.

Высокочастотная:

1 – ламповый высокочастотный генератор; 2 – сушильная камера; 3, 4 – пластины конденсатора; 5, 6 – бесконечная лента с материалом; 7 – выпрямитель.

Пневматическая: со спиральным движением материала.

Терморадиационная с газовым обогревом

1 – излучающая панель; 2 – газовая горелка; 3 – транспортер; 4 – выхлопная труба; 5 – вентилятор.