А П Врагов - Массообмінні процеси та обладнання хімічних і газонафтопереробних виробництв - страница 29

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 

Питомі витрати тепла при сушінні визначаються рівняннями (8.38) і (8.40) і від їх складових залежить хід робочої лінії процесу сушіння.

Рис. 8.5 - Схема сушильної установки (в) і зображення процесів сушіння на I - x діаграмі (б):

1 - повітродувка; 2 - калорифер; 3 - сушильна камера

Припустимо, що в сушарці додатково уведене тепло (qd +cetH) повні­стю компенсує сумарні теплові непродуктивні втрати (qM + qm + q„) та при цьому величина А = 0. З рівняння (8.40) випливає, що в таких умо­вах проведення процесу сушіння відбувається за постійної ентальпії повітря, тобто I2 = I]. Хід робочої лінії процесу сушіння на I - x діаграмі (див. рис. 8.5 б) відобразиться прямою лінією ВС (при заданому кінце­вому вологовмісті х2 або заданій кінцевій температурі t2).

Сушарка, у якій додатково уведене тепло повністю компенсує непродуктивні витрати тепла, називається ідеальною (теоретичною), при цьому процес сушіння проходить при незмінній ентальпії (I2 = I] = const). Як бачимо, в ідеальній сушарці підведене з повітрям тепло витрачається тільки на випарювання вологи, при цьому температура повітря знижується, а вологовміст зростає. Граничний вологовміст по­вітря, що відводиться із сушарки, не повинен перевищити значення хпр, тому що в цьому випадку повітря повністю насититься вологою і втра­тить здатність приймати вологу із висушуваного матеріалу.

Звичайно в промислових конвективних сушильних установках про­ходять реальні процеси сушіння, для яких А Ф 0.

Якщо додатково підведене в сушильну камеру тепло (qd +св4) пере­вищує непродуктивні витрати (qM + qm + qn) і відповідно А > 0, то з рів­няння (8.40) маємо, що I2D > I (див. рис. 8.5 б). Такий варіант процесу сушіння називають реальним з надлишком підведеного тепла.

Робоча лінія процесу сушіння на діаграмі I - x у цьому випадку зображується прямою BD, при цьому за рахунок надлишку підведеного тепла в процесі сушіння не тільки випаровується волога з матеріалу, алеи підвищується як температура відведеного повітря, так і температура матеріалу, що висушується. Якщо задати кінцеву температуру відведено­го повітря із сушарки таку ж, як і у попередньому випадку (тобто ґ2), то процес сушіння піде впродовж прямої ВВЕ, що дозволяє як збільшити вологовміст повітря, що відводиться із сушарки (до значення х2Е), так і знизити питому витрату повітря на сушіння. Реальна сушарка з невели­ким надлишком підведеного тепла дозволяє оптимізувати як процес сушіння, так і габаритні розміри конвективної сушарки.

Якщо додатково підведене в сушильну камеру тепло ^д +евґн) менше сумарних непродуктивних витрат (дм + цт + дп) і відповідно А < 0, то з рівняння (8.40) витікає, що ї2Б< її .

ТакиИ варіант проведення процесу сушіння називають реальним з недостачою підведеного тепла. Робоча лінія процесу сушіння в цьому випадку зображується на діаграмі ї - х прямою (див. рис. 8.5 б), що розташовується нижче робочої лінії для ідеального процесу И характе­ризується зниженням ентальпії та температури повітря, що відводиться із сушарки, при цьому повітря, що відводиться, швидче насичується вологою (збільшується Його відносна вологість).

8.9 Розподіл тепла в реальній сушильній установці

З рівнянь (8.30) і (8.35) маємо, що основними джерелами підведеного тепла в реальній сушильній установці є калорифер і додатковий підігрів­ник, другорядним джерелом тепла є волога з матеріалу, що висушується.

Якщо припустити, що волога з висушуваного матеріалу компенсує непродуктивні витрати тепла, тобто овїн = (дм + цт + дп), то потрібні для сушіння питомі витрати будуть дорівнювати

1        10 12        1 12        10

(8.41)

,/\'2*'*'0        2       0 2 0

Рівняння (8.41) показує, що питомі витрати тепла на сушіння можна перерозподіляти між калорифером і додатковим підігрівником. Одно­часно зауважимо, що загальні питомі витрати тепла на сушіння повніс­тю тю визначаються положенням робочих точок,

що характеризують параметри повітря на вхо­ді в установку і виході із неї.

На рис. 8.6 наведений хід робочих ліній процесів сушіння залежно від перерозподілу питомих потоків тепла в калорифері й додат­ково в сушильній камері.

х2 X

Рис. 8.6 - Зображення процесів сушіння на I - х діаграмі залежно від розподілу тепла в калорифері й сушильній камері

Ентальпія повітря на виході з калорифера 1] (т. В) має важливе, але не вирішальне значен-ня, тому питомі потоки тепла в сушильній установці можна перерозпо­діляти наступними різними способами.

1. Все необхідне для сушіння тепло підводиться тільки в калорифері, при цьому = 0 і отже процес сушіння пройде за теоретичним варіан­том, у якому I1 = I2 = const (див. рис. 8.6, ламана лінія ЛВС).

При такому розподілі тепла в сушильній установці потрібно встано­вити тільки калорифери (один або декілька) з великою сумарною повер­хнею теплообміну. Температура й ентальпія нагрітого повітря після ка­лориферів у даному процесі будуть мати максимальні значення (tj, Ij), відповідно потрібно мати теплоносій з високою вхідною температурою.

2. Потрібне для сушіння тепло частково підводиться у калорифері, а частково в додатковому теплообміннику, установленому безпосередньо в сушильній камері. Процес сушіння при такому розподілі тепла пройде за реальним варіантом (на рис. 8.6 ламана лінія ADC). Такий розподіл тепла в установці (при незмінній його витраті) дозволяє зменшити роз­міри повітряного калорифера, знизити температуру нагрівання повітря в калорифері та температуру теплоносія, але при цьому в сушильній камері потрібно встановити додатковий підігрівник для компенсації недостачі тепла на сушіння. При збільшенні частки підведеного тепла безпосередньо в сушильній камері можна понизити температуру повітря після калорифера й провести процес за ламаною лінією АЕС.

Варіант проведення процесу за ламаною лінією AFC дозволяє створи­ти «м'які» умови сушіння (при постійній температурі процесу t1 = t2 = const) і його часто використовують для сушіння термочутливих (термо­лабільних) матеріалів, хоча при цьому збільшується об'єм сушильної камери за рахунок установки додаткових підігрівників.

3. Нарешті, можливий варіант реального процесу, коли все необхід­не для сушіння тепло підводять безпосередньо в сушильну камеру че­рез систему додаткових підігрівників, розміщених у сушильній камері. Процес сушіння в цьому випадку зображується прямою лінією AC і не вимагає високотемпературного теплоносія, більше того в цьому випад­ку можна використовувати (утилізувати) тепло інших установок з низь-копотенціальними тепловими джерелами. Природно, що в цьому випа­дку все теплообмінне обладнання повинне бути розміщене безпосеред­ньо в сушильній камері, що не завжди доцільно. Крім того, у такій установці мала швидкість сушіння внаслідок низької пружності пари вологи в матеріалі та малій рушійній силі процесу сушіння.

Таким чином, установивши зовнішній калорифер, а також підігрівники усередині сушильної камери, та перерозподіляючи теплові потоки між ними, можна регулювати температуру та параметри процесу сушіння.

Приклад 8.1 У конвективній сушарці висушують = 720 кг/год нітрату натрія, що подається в сушарку при температурі tn^ = 25оС з початковою вологістю ыпм = 5,2 % та видаляється з кінцевою вологістю икм = 0,2 % мас. Як сушильний агент використо­вують атмосферне повітря з такими параметрами: температура повітря tn = 20 оС,вологовміст х0 = 0,008 кг/кг повітря. Сушіння відбувається за теоретичним варіантом, висушений матеріал видаляється із сушарки при температурі ік = 50оС, як теплоносій використовують насичену водяну пару під тисом Р = 0,18 МПа. Визначити: а) продук­тивність сушарки щодо висушеного матеріалу і видаленої вологи; б) витрату повітря та гріючої пари на проведення процесу сушіння; в) термічний ККД процесу сушіння.

Розв'язання. 1. За формулою (8.18) визначимо продуктивність сушарки щодо вологи, видаленої в процесі сушіння,

(ин — ик )

:720

(0,052 — 0,002)

= 36,072 кг/год = 0,01 кг/с.

(1—ик) (1—0,002)

2. За формулою (8.17) визначимо продуктивність сушарки за висушеним матеріалом

(1—ин)

720

(1—0,052)

: 683,93 кг/год = 0,19 кг/с .

(1—ик) (1—0,002)

3. Зважаючи на те, що температура конденсації гріючої пари дорівнює 4„ = 116,3°С (див. додатки, табл. Д.4), температуру повітря після калорифера приймемо і1 = 100оС.

4. Побудуємо робочу лінію процесу сушіння на І - х діаграмі (див. рис. 8.1), при цьо­му маємо такі робочі точки процесу: а) параметри початкового повітря: температура і0 = 20оС; вологовміст х0 = 0,008 кг/кг повітря; ентальпія І0 = 40,0 кДж/кг повітря; б) температура повітря після калорифера і1 = 100оС, ентальпія повітря після калорифе­ра 11 = 123,0 кДж/кг повітря; в) параметри повітря на виході із сушарки: температура і2 = 50оС (за умовами задачі), ентальпія повітря для процесу теоретичного сушіння І2 = І] = 123,0 кДж/кг повітря; вологовміст повітря на виході із сушарки х2 = 0,028 кг/кг повітря. На рис. 8.7 робоча лінія АВ відображає процес нагрівання повітря в калорифе­рі, робоча лінія ВС відображає процес теоретичного сушіння в сушильній камері.

Рис. 8.7 - Визначення параметрів та побудова робочої лінії процесу сушіння (до прикладу 8.1)

5. Визначимо питому витрату повітря за формулою 8.21), при цьому знайшли

11

I-

50 кг /кг вологи .

(х2 - х0)    (0,028 - 0,008) 6. Визначимо загальну витрату повітря для проведення процесу сушіння за формулою (8.20)

кг«жш/кг,иШтрж Ц = І Ш = 50 36,072 = 1803,6  кг ЛхВД = 0,501 кг/с .

7. Визначимо питому витрату тепла на сушіння за формулою (8.41), при цьому знай­шли

д = І(І2 - /0) = 50-(123 - 40) = 4150 кДж / кг вологи.

8. На базі формули (8.41) визначимо загальну витрату тепла на проведення процесу сушіння

<2 = ЦІ2 -10) = д •Ж = 4150-0,01 = 41,5 кВт .

9. Визначимо витрату насиченої водяної пари для нагрівання повітря

Вт = << / ггп = 41,5-103 /22 1 7-103 = 1,872-10-2 кг/с = 67,4 кг/год .

10. Визначимо термічний ККД процесу сушіння

гі = тпп /д = 22 1 7-103 / 4 1 50-103 = 0,534 .

Відповідь: 1) продуктивність сушарки щодо висушеного матеріалу Ок = 683,93 кг/год; продуктивність сушарки щодо видаленої вологи Ш = 36 кг/год; 2) витрата повітря за період сушіння складає Ц = 1803,6 кг/год; 3)витрата гріючої пари на нагрівання повітря Вгп = 67,4 кг/год ; 4) термічний ККД процесу сушіння складає ц = 0,534.

8.10 Послідовність розрахунку сушильної установки

Побудова робочої лінії процесу сушіння матеріалу в конвективній сушарці пов'язана з подоланням деяких труднощів, тому що спочатку залишаються невідомими параметри процесу в сушильній камері.

Для подолання цих труднощів використовують таку методику тех­нологічного розрахунку сушильної установки [3, 10, 11, 64, 67].

1. На базі вихідних даних з урахуванням властивостей вологого ма­теріалу, що висушується, і властивостей використовуваного теплоносія задають припустиму температуру повітря на вході в сушильну камеру й на виході з неї, тим самим визначають припустимий температурний діапазон роботи сушильної камери. Варто мати на увазі, що кінцева температура повітря, що відводиться із сушарки, повинна бути ї2 > 45оС, а його відносна вологість не більша ^2<0,85, що забезпечує необхідну рушійну силу наприкінці процесу сушіння матеріалу.

2. Для літнього періоду з урахуванням місцевості, у якій буде пра­цювати сушильна установка (див. додатки, табл. Д.22), вибирають параметри вихідного повітря (температуру, вологовміст або відносну вологість) і на І - х діаграму наносять робочу т. А. Потім, з урахуван­ням властивостей матеріалу, що висушується, задають температуру повітря на вході в сушильну камеру, при цьому варто враховувати, що початкова температура теплоносія повинна бути на 10-15оС вищою кінцевої температури повітря, що нагрівається в калорифері та подаєть­ся в сушильну камеру. З урахуванням обраної температури на І - х діа­граму наносять т. В і будують робочу лінію АВ процесу підігрівання повітря в калорифері (див. рис. 8.8).

3. На базі рівнянь матеріального балансу визначають кількість ви­сушеного матеріалу й кількість вологи, що видаляється при сушінні.

Рис. 8.8 - Побудова робочої лінії процесу сушіння на І - х діаграмі для реальної сушарки

4. Будують на І - х діаграмі робочу лінію процесу сушіння для теоретичної сушарки при відомих положеннях т. В і обраному по­ложенні т. С (при заданій температурі сушін­ня ґ2). За рівняннями (8.21) і (8.41) визнача­ють питому витрату повітря та тепла на про­ведення процесу сушіння за теоретичним ва­ріантом роботи сушарки.

5. Визначають загальну витрату повітря та тепла на сушіння в теоре­тичній сушарці, використовуючи рівняння (8.20) і (8.34).

6. Попередньо вибирають тип і розміри сушильної камери, а потім визначають питомі витрати тепла на підігрівання матеріалу, на підігрі­вання транспортних пристроїв і на компенсацію теплових втрат. Потім визначають числові значення величини А за рівнянням (8.38).

7. З урахуванням реальних витрат тепла (знака та величини А) бу­дують на І - х діаграмі робочу лінію для реального процесу сушіння.

Для цього використовують рівняння (8.39), розв'язавши яке віднос­но ентальпії повітря, що виходить із сушарки, отримали

І2* = І1 +А(х* - Х0), (8.42)

де х2* - будь-яке поточне значення вологовмісту повітря на виході із сушильної каме­ри; І2* - поточна ентальпія повітря при відповідному його тепловмісту.

Вибравши на робочій лінії ВС будь-яке проміжне положення точки а1, визначають для неї значення величини х2* (на ділянці х2- х0) і за рівнянням (8.42) розраховують значення поточної ентальпії І2 (з урахуванням знака при А). Потім на І - х діаграмі за двома значеннями параметрів (х2* й І2*) визначають положення проміжної т. В (при позитивній величині А) або т. Б (при негативній величині А). Проводять через точки В і В (або через точки В і Б) пряму лінію до перетинання із заданим кінцевим параметром повітря, що відводиться із сушарки, (для заданих температури і2 , вологов­місту х2 або відносної вологості р2). Отримана пряма ВВЕ при А > 0 (або ВБК при А < 0) є робочою лінією для реального процесу сушіння з ураху­ванням реальних питомих витрат тепла на сушіння.

8. Проводять повторне перерахування питомих витрат повітря та те­пла для реального процесу сушіння й вносять необхідні корегування.

Потім проводять розрахунки для визначення повних матеріальних і теплових потоків у сушарці й уточнюють розміри обладнання сушиль­ної установки. Зауважимо, що потрібно особливу увагу звертати на продуктивність газодувки та вибрати її у відповідності з нормативними матеріалами (державними або галузевими стандартами.

Таким чином, за допомогою нескладних графічних побудов порів­няно просто можна розрахувати параметри процесу сушіння в реальній сушарці та підібрати необхідне обладнання (вентилятори, газодувку, калорифери, додатковий підігрівник, сушарку та ін.).

8.11 Основні схеми установок і варіанти сушіння матеріалів

Залежно від властивостей матеріалу, що висушується, масштабу виробництва та параметрів теплоносія застосовують багато різноманіт­них сушильних установок з різними варіантами проведення процесів конвективного сушіння. Деякі з них подані нижче.

Сушарка із проміжним підігріванням повітря. Для створення «м'яких» умов сушіння термочутливих матеріалів використовують сушарки із проміжним підігріванням повітря в сушильній камері.

Схема сушарки та зображення процесу сушіння на І - х діаграмі представлені на рис. 8.9.

Сушарка 3 складається з декількох зон, у кожній з яких установлені додаткові підігрівники 4 й 5, що обігріваються теплоносієм з невисокою температурою (переважно водяною парою). Як й у звичайній простій сушарці, вихідне повітря підігрівається в калорифері 2 до певної темпе­ратури й надходить у сушильну камеру 3, де проходить реальний процес сушіння, у якому повітря охолоджується до заданої температури і2.

Затим повітря підігрівається за допомогою додаткового підігрівника 4 до первісної температури і1 і процес сушіння матеріалу триває в другій зоні в тому ж самому температурному діапазоні. Нарешті, за допомогою додаткового підігрівника 5 повітря знову підігрівається, і процес сушіння протікає в третій зоні в тому ж самому температурному інтервалі.

На І - х діаграмі (див. рис. 8.9 б) процес сушіння в першій зоні зображується ламаною лінією АВСі, у другій зоні - ламаною лінією С1В1С2, у третій зоні - ламаною лінією С2В2С.

Рис. 8.9 - Схема сушарки із проміжним підігріванням повітря (в) і зображення процесу сушіння на I - х діаграмі (б):

1 — газодувка; 2 — калорифер; 3 — багатозональна сушильна камера; 4, 5 — до­даткові підігрівники

Пунктирною лінією АВВС на І - х діаграмі показано, що для сушін­ня без проміжного підігрівання повітря потрібно було б підігрівати по­вітря до температури і3, при цьому відповідно треба було б використати високотемпературний теплоносій. Матеріал, що висушується, подаєть­ся в сушарку прямо- або протитечією. У сушарці із протитечійною подачею матеріалу висушений продукт, що відводиться, контактує з повітрям з низьким вологовмістом, що виключає конденсацію вологи при подальшому охолодженні продукту.

Сушарки такого типу забезпечують високу рівномірність сушіння матеріалу з досить високою швидкістю. Крім того, такі сушильні уста­новки характеризуються меншими питомими витратами повітря та теп­ла порівняно із простими установками.

Сушвркв із чвстковою рециркуляцією й проміжним нагріванням відпрацьованого повітря. У даній сушарці передбачене часткове вико­ристання відпрацьованого повітря шляхом змішування його з вихідним повітрям і проміжним підігріванням повітря в сушильній камері.

Схема сушарки даного типу й зображення процесу сушіння на І - х діаграмі представлені на рис. 8.10.

Атмосферне повітря з параметрами х0, і0 подається напірним вентиля­тором 1 на змішування із частиною відпрацьованого повітря, що пода­ється хвостовим вентилятором 5. Суміш потоків потім підігрівається вкалорифері 2 до температури ї1 і надходить у сушильну камеру 3, де про­ходить процес сушіння вологого матеріалу за звичайним варіантом прос­тої теоретичної сушарки. Затим повітря підігрівається в додатковому підігрівнику 4 (процес С1В) та процес теоретичного сушіння проходить за лінією ВС. Частина відпрацьованого повітря відбирається хвостовим вентилятором 5 і направляється на змішування з атмосферним повітрям, при цьому параметри суміші, що утворилася, характеризуються т. К і визначаються параметрами потоків, що змішуються.

Рис. 8.10 - Сушильна установка із частковою рециркуляцією й підігріванням повітря (в), зображення процесу на I - х діаграмі (б):

1, 5 - газодувка; 2 - калорифер; 3 - сушильна камера; 4 - підігрівник

Пунктирною ламаною ЛБВС на І - х діаграмі показано, що для сушіння без часткової рециркуляції й проміжного підігрівання повітря в простій сушарці потрібно було б підігрівати повітря до температури і3, при цьому треба було б використовувати високотемпературний теплоносій.

Отже, перевагою даної сушильної установки є більш м'які умови сушіння та більш висока швидкість сушіння в результаті прискореного руху повітря в сушильній камері. Недоліками установки є підвищена витрата електроенергії на роботу двох вентиляторів.

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