А П Врагов - Массообмінні процеси та обладнання хімічних і газонафтопереробних виробництв - страница 28

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38 

Повітря забирається із атмосфери газодувкою 1, нагнітається в паро­вий калорифер 2 і після підігрівання в ньому до заданої температури над­ходить у сушарку 5. Одночасно в сушарку з бункера 3 живильником 4 подається вологий матеріал. Матеріал безпосередньо у сушарці перемі­щається за допомогою транспортера 6. Для підігрівання повітря в су­шильній камері встановлений додатковий підігрівник повітря 7.

У процесі тепло- і масообміну з нагрітим повітрям матеріал у сушарці висушується до заданої кінцевої вологості й вивантажується в прийом­ний пристрій (бункер), звідки потім подається на затарування. Нагріте відпрацьоване повітря виводиться із сушарки в пилоуловлюючу - цик­лонну або скрубберну - систему й після очищення від пилу викидається в атмосферу. Якщо опір пилоуловлюючої системи великий, то після су­шарки встановлюють додатковий (хвостовий) вентилятор.

При використанні для сушіння топкових газів замість калорифера встановлюють топку, у якій у потоці повітря спалюють переважно газове або рідке паливо.

8.6 Технологічний розрахунок сушильної установки

Метою технологічного розрахунку є визначення продуктивності сушарки щодо висушеного матеріалу і видаленої вологи, а також вибір параметрів процесу й визначення витрат тепла на сушіння.

На основі технологічного розрахунку надалі визначають розміри та вибирають основне обладнання сушильної установки: газодувки, кало­рифери, власне сушарку, пилоуловлюючі пристрої та ін.

Звичайно вихідними даними для розрахунку сушильної установки є: фізико-хімічні властивості матеріалу, що висушується (його природа, дисперсність і ін.), початкова та кінцева вологість, продуктивність за вологим (або висушеним) продуктом, а також назва й властивості вико­ристовуваного теплоносія (тиск гріючої пари або склад палива).

Розрахункова схема матеріальних і теплових потоків повітряної су­шарки, що обігрівається водяною парою, подана на рис. 8.4.

Нехай у сушарку надходить вологий матеріал у кількості Єн кг/с із початковою температурою ігм, з початковою вологістю ип, і кінцевою вологістю висушеного матеріалу ик (мас. частки).

Як сушильний агент використовують атмосферне повітря в кількості Ь кг/с із початковим вологовмістом хо та температурою і0.

Як теплоносій в калорифері використовують насичену водяну пару із заданим тиском.

З урахуванням властивостей матеріалу, що висушується, вибирають параметри  процесу  сушіння  (початкову  та  кінцеву температуру сушильного агенту в сушарці), а також тиск та ентальпію гріючої пари. 8.6.1 Матеріальний баланс процесу сушіння

У процесі конвективного сушіння взаємодіють два матеріальні потоки: вологий материал, що висушується, і сушильний агент - нагрі­те повітря, при цьому з вологого матеріалу волога, що випаровується, у кількості Ж кг/с переходить у повітряний потік, збільшуючи волого-вміст сушильного агенту. Отже, рівняння матеріального балансу скла­демо для матеріалу, що висушується, а також для сушильного агенту.

Матеріальний баланс для матеріалу, що висушується. Зважаючи на те, що кількість абсолютно сухого матеріалу в процесі сушіння залиша­ється постійною, рівняння матеріального балансу мають вигляд:

- рівняння балансу щодо потоків       Єн = Єк + Ж, (8.15)

- рівняння балансу щодо абсолютно сухого матеріалу

Оас = Он (1 - ин) = Ок (1 - ик). (8.16) Розв'язавши систему рівнянь (8.15) - (8.16) спільно, знайшли:

- кількість висушеного (готового) матеріалу

°к = °н ТТ-^, (8.17)

- кількість видаленої в процесі сушіння вологи

Ж = Он - Ок = Он•^-и^. (8.18)

(1 к)

Матеріальний баланс щодо сушильного агента. Кількість вологи, отриманої сушильним агентом у процесі висушування, дорівнює

Ж = Ь(х2 - х0), (8.19)

де Ь - витрата абсолютно сухого повітря (сушильного агента), кг/с; х0, х2 - волого-вміст повітря, що поступає в сушарку та видаляється з неї відповідно, кг вологи /кг су­хого повітря.

З рівняння (8.19) знайшли витрату сухого повітря на сушіння

Ж

Ь =     -     = ІЖ, (8.20)

де І - питома витрата сухого повітря, кг повітря /кг вологи.

Из рівняння (8.20) маємо І = — =-. (8.21)

Ж     (Х2 - Х0)

Питома витрата повітря - витрата повітря на видалення 1 кг воло­ги з матеріалу - є певною мірою характеристикою інтенсивності проце­су сушіння та витрат тепла. Залежно від властивостей матеріалу, що висушується, типу використовуваної сушарки, властивостей повітря, а також параметрів теплоносія питома витрата повітря становить І = 10 -80 кг повітря /кг вологи. Звичайно в літній період питома витрата пові­тря більша, ніж у зимовий.

Рівняння (8.17) - (8.20) є основними розрахунковими залежностями для технологічного розрахунку сушильної установки.

8.6.2 Тепловий баланс сушильної установки

Сушильні установки є досить енерговитратними агрегатами, тому для їх ефективної роботи необхідно вибрати оптимальний режим робо­ти та на основі рівнянь теплових балансів процесу сушіння визначити витрату енергоносія.

Для сушильної установки рівняння теплового балансу враховує статті приходу та витрат тепла з потоками й має вигляд

61+62+ад+бз = &+&+бб+а«, (8.22)

де <2і - тепловий потік, що надходить із вихідним вологим матеріалом, Дж/с; Ц2 - теп­ловий потік, що надходить у сушарку із сушильним агентом - підігрітим у калорифері повітрям; бд - тепловий потік, що вводиться у сушильну камеру за допомогою додат­кового підігрівника;  Оз - тепловий потік, що надходить із транспортним пристроєм;

04 - тепловий потік, що відводиться із сушарки з відпрацьованим вологим повітрям;

05 - тепловий потік, що відводиться із висушеним матеріалом; Об - тепловий потік, що відводиться із транспортними пристосуваннями; Оп - втрати в навколишнє середовище через корпус сушарки.

Кількість тепла, що надходить у сушарку з вихідним вологим мате­ріалом, представимо у вигляді суми двох потоків: тепла, внесеного сухим матеріалом, і тепла, внесеного вологою в матеріалі, при цьому

Оі = + Шсеін, (8.23)

де Єк - масова витрата висушеного (кінцевого) продукту, кг/с; Ш - масова витрата вологи, що видаляється в процесі сушіння, кг/с; см, св - теплоємність сухого матеріалу й вологи відповідно, Дж/(кг-К); гн - температура початкова вологого матеріалу.

Кількість тепла, що надходить у сушильну камеру з нагрітим у калорифері повітрям, дорівнює

О2 = Ь І0 + , (8.24)

де Ь - витрата сухого повітря, кг/с; Іа - ентальпія атмосферного повітря, що подається в калорифер, Дж/кг; - тепло, затрачуване на нагрівання повітря в калорифері, Дж/с

Тепло, що вводиться у сушильну камеру додатково в кількості Од, використовують у сушарці для регулювання температурного режиму в процесі сушіння й буде враховане в розрахунках витрат теплоносія.

Тепло, внесене транспортними пристроями, дорівнює

03 = Є с г   , (8.25)

де От - маса транспортного пристрою, кг/с; ст - середня теплоємність матеріалу транспортного пристрою; гпт - температура початкова транспортного пристрою.

Тепловий потік з вологим повітрям, що відводиться із сушарки, до­рівнює

04 = Ь І2, (8.26)

де І2 - ентальпія вологого повітря, що видаляється із сушарки, Дж/кг;

Тепловий потік, що відводиться із сушарки з висушеним продуктом, дорівнює

05 = Ск см ік. (8.27) Тепло, що виноситься транспортними пристроями, дорівнює

06 = Є с г   , (8.28)

6 тткт

де гкт - температура кінцева транспортного пристрою, звичайно її приймають такою, що дорівнює кінцевій температурі висушеного матеріалу.

Підставивши в рівняння (8.22) величини відповідних теплових пото­ків, отримали рівняння теплового балансу процесу сушіння:

к  м н в н 0 к     г~~ д т т нт

= Єсг+ Ь І2 + Єсг  + 0. (8.29) Перегрупувавши рівняння (8.29), знайшли

о0=ак + Од = ь(12 -1о)+

+Єксм(гк - гн) + Єтсткт - гНт) + Оп - Шсвгн. (8.30)

У рівнянні (8.30) ліва частина, що складається із двох доданків, ура­ховує загальні витрати тепла на сушіння, що підведені в калорифері й додатково в сушильну камеру за допомогою теплоносія (наприклад, на­сиченої водяної пари). Права частина рівняння враховує витратні теплові потоки на нагрівання повітря в сушильній установці, на нагрівання сухо­го матеріалу, на нагрівання транспортного пристрою, на компенсацію теплових втрат, а також тепло, підведене власне з вологою.

Визначимо загальну витрату тепла на сушіння, підведеного в кало­рифері й у додатковому підігрівнику, при цьому врахуємо, що й кало­рифер і додатковий підігрівник у сушильній камері обігріваються наси­ченою водяною парою, отже

О0 _ Ок + Од _ Вт(Игп -Нкгп). (8.31) У результаті спільного розв'язування рівнянь (8.30) і (8.31) знайшли загальну витрату гріючої пари на сушіння матеріалу, при цьому

_ v  2_0/ к  м v к       н/ т т\ кт       нт/ єн       (8 32)

(Нгп - Нкгп )

Теплові втрати при сушінні залежать від температури газів у сушар­ці та температури навколишнього середовища, тому доцільно процес сушіння проводити в м'яких умовах - при невисоких температурах повітря, що поступає в сушарку. Це досягається застосуванням різних варіантів проведення процесу сушіння.

Звичайно для добре сконструйованої сушарки теплові втрати не пе­ревищують 10% від тепла, корисно затрачуваного на сушіння [63, 67].

Для оцінки економічної ефективності сушарки використовують енергетичний показник, що показує питому витрату тепла на сушіння.

Питомою єитратою тепла називають кількість тепла, затрачувану при сушінні на видалення 1 кг вологи з вологого матеріалу,

а _ . (8.33)

Питома витрата тепла на сушіння залежить від типу сушарки, варіа­нта проведеного процесу в сушарці, від параметрів повітря, що пода­ється в сушарку та відводиться з неї.

Якщо вдається визначити питому витрату тепла на сушіння, то зага­льну витрату тепла знаходять за залежністю

 _ аЖ. (8.34)

Виразимо витрати тепла на процес сушіння через питомі витрати.

Для цього всі складові рівняння (8.30) розділимо на кількість вологи, що відводиться при сушінні, і перепишемо рівняння в такому вигляді

Ч _ Чк + Чд _ 1 (72 - І0) + Чм + Чт + Чп - Сєгн , (8.35)

де Чк, Чд - питомі витрати тепла в калорифері й у додатковому підігрівнику відповідно, Дж/кг вологи; Чм - питомі витрати тепла на нагрівання матеріалу, що висушується; Чт - питомі витрати тепла на нагрівання транспортних пристроїв; Чп - питомі витрати тепла на компенсацію теплових втрат.

Залежність (8.34) є рівнянням теплового балансу сушарки щодо пи­томих витрат тепла на проведення процесу сушіння.

Термічний ККД конвективної сушарки звичайно оцінюють за ступе­нем використання тепла в процесі сушіння, при цьому

Лс _ г / Ч ,

де г - питома теплота випарювання вологи в сушарці при заданому тиску; ч - питома витрата тепла на проведення процесу сушіння, Дж/кг вологи.

Цілком зрозуміло, що для підвищення термічного ККД сушарки варто звести до мінімуму непродуктивні витрати тепла на нагрівання матеріалу, що висушується, на нагрівання транспортних пристроїв і на компенсацію теплових втрат у навколишнє середовище.

Для вдало спроектованих конвективних сушильних установок тер­мічний ККД звичайно становить пс = 0,5 - 0,65.

8.7 Робоча лінія процесу сушіння і її положення на I - х діаграмі

Як відзначалося раніше, у процесі сушіння змінюються параметри сушильного агенту - повітря від початкових параметрів (на вході в ка­лорифер) до кінцевих (на виході із сушильної камери).

Процес підігрівання повітря в калорифері проходить при постійному вологовмісті (хо = хі), при цьому ентальпія повітря змінюється від І0 до І1, відповідно для нагрівання повітря в калорифері витрачається тепло в кількості

Ок _ ВД -10). (8.36) Питома витрата тепла на нагрівання повітря в калорифері дорівнює

Чк _ Ок / Ж _ 1(10) _ І(І1 -10). (8.37)

Підставивши рівняння (8.37) у залежність (8.35) і розв'язавши її щодо зміни ентальпії повітря в сушильній камері, знайшли

І (І, -11) _ д + Сєїн) - м + Чт + Чп ) _ А. (8.38) Отже, рівняння (8.38) установлює взаємозв'язок між питомою витра­тою тепла на проведення процесу сушіння безпосередньо в сушильній камері (ліва частина) та питомими витратами тепла окремими потока­ми, що є учасниками процесу сушіння (права частина).

Позначивши праву частину залежності (8.38) через А_ (чд + сєїн) - (чм + Чт + Чп), відзначимо, що перші дві складові

(Чд +сєїн) ураховують питоме тепло, підведене в сушильну камеру в до­датковому калорифері, а також разом з вологою матеріалу.

Інші три доданки (чм + Чт + Чп) враховують вимушені умовами проведення процесу сушіння (неминучі та непродуктивні) питомі ви­трати тепла: на нагрівання висушуваного матеріалу, на нагрівання транспортних пристроїв і на компенсацію теплових втрат відповідно.

Таким чином, величина Д кількісно відбиває взаємозв'язок між під­веденим теплом у сушильну камеру й неминучими витратами тепла на компенсацію сумарних теплових втрат, при цьому рівняння (8.38) в кінцевому варіанті має вигляд

l(I2 -11) = А . (8.39) З огляду на питому витрату повітря на сушіння у відповідності з рівнянням (8.21), перепишемо рівняння (8.39) у такому вигляді

12 - 7l (8.40)

x2- x0

Отримана залежність являє собою рівняння прямої лінії, що прохо­дить на діаграмі I - x через дві точки. Перша точка (з параметрами I1, x1= x0) характеризує параметри нагрітого повітря, що надходить із ка­лорифера в сушильну камеру, друга точка (з параметрами I2, x2) харак­теризує стан повітря, що залишає сушильну камеру.

Робоча лінія починається з першої точки і йде відносно ентальпії I1 під кутовим коефіцієнтом А, що залежно від числового значення ента­льпії I2 може мати позитивне або негативне значення. Робоча лінія сушіння закінчується в точці з параметрами вологого повітря (I2, x2).

8.8 Побудова робочої лінії процесу сушіння на I - x діаграмі для теоретичної й реальної сушарки

Розглянемо схему сушильної установки й проведемо аналіз сушиль­ного процесу залежно від статтей питомої витрати тепла.

Нехай у сушильну установку (рис. S. З, а) повітродувкою 1 подається повітря з параметрами t0, x0 , I0. Повітря нагрівається в калорифері 2 при постійному вологовмісті (x0 = const) до температури t1 та енталь­пії I/, а потім із такими параметрами надходить у сушильну камеру 3.

У сушильній камері відбувається процес сушіння, при якому волога з матеріалу переноситься в повітряний потік, вологе повітря виводиться із сушильної камери з параметрами t2, x2, I2.

Відобразимо на I - x діаграмі хід робочих ліній окремих процесів у сушильній установці (див.рис. S.3 б).

Нанесемо на І - x діаграму параметри вихідного повітря, при цьому визначається положення т. А.

Процес нагрівання повітря в калорифері від температури t0 до тем­ператури t1 при постійному вологовмісті x0 зображується вертикальною лінією АВ, при цьому ентальпія повітря підвищується від I0 до I/. Парамет­ри т. В визначаються кількістю підведеного в калорифері тепла та темпе­ратурою використовуваного теплоносія (водяної пари).

Нагріте повітря з параметрами t1 і І1 (т.В) надходить у сушильну ка­меру й взаємодіє з вологим матеріалом, при цьому відбувається процес сушіння, у якому параметри повітря по довжині сушарки безперервно змінюються залежно від раніше перерахованих величин (витрати йвологості вихідного та висушеного матеріалу, маси вологи, що видаля­ється, маси транспортних пристроїв, наявності теплових втрат та ін.).

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38 


Похожие статьи

А П Врагов - Гідромеханічні процеси та обладнання хімічних і нафтопереробних виробництв

А П Врагов - Сравнительный анализ энергетических затрат в процессах высаливающей и испарительной кристаллизации

А П Врагов - Массообмінні процеси та обладнання хімічних і газонафтопереробних виробництв