Сушка в условиях внешней задачи

Сушка в условиях внешней задачи протекает при удалении свободной влаги и может происходить при удалении связанной влаги — преимущественно вблизи влажности , если силы сцепления влаги с ТМ не очень велики, а условия ее диффузии с поверхности в объем СА — неблагоприятны.

Основное уравнение внешнего массопереноса для непрерывного процесса имеет вид:

(11.31)

Применительно к сушке массовый поток переносимого вещества (влаги) ; — плотность инерта (сухого СА); величины коэффициента массоотдачи и поверхности контакта сохраняют свой смысл; средняя по движущая сила выражается через влагосодержания сушильного агента: , — равновесное (с — влажностью ТМ, в рассматриваемом случае — в псевдоожиженном слое) влагосодержание СА. Таким образом, для сушки в условиях внешней задачи выражение (11.31) запишется в виде:

(11.31а)

Наличие в формулах плотности СА обусловлено принятыми единицами измерения кг Вл/с и кг Вл/кг АСВ. Коэффициент массоотдачи определяется по эмпирическим соотношениям (их примеры приведены в указанном разделе). Поверхность контакта находят с помощью формул типа:

— при известных размере частиц (он задан) и порозности (ее оценивают из гидродинамических соотношений). Наконец, концентрацию определяют по диаграмме равновесия (рис. 11.20, б) как величину, равновесную с ; поскольку вследствие интенсивного перемешивания ТМ его влажность постоянна по объему ПС (), то и

Рис. 11.42. К анализу сушки в псевдоожиженном слое в условиях внешней задачи: расчетная схема процесса (к — контур)

Цель последующего анализа — определение средней движущей силы и связи конечного влагосодержания с высотой слоя Н. При достижении этой цели можно будет сформулировать пути решения эксплуатационной и проектной задач.

Расчетная схема представлена на рис. 11.42. На расстоянии z от входного (для СА) сечения, совпадающего с распределительной решеткой, выделим фрагмент ПС, содержащий некоторый объем с зонами сушильного агента (СА) и твердого материала (ТМ). Для бесконечно малого пространственного контура к (поверхность контакта фаз здесь равна ) в зоне движения сушильного агента запишем материальный баланс по влаге:

и (а)

Для рассматриваемой бесконечно малой поверхности контакта выражение типа (11.31а) запишется с локальной (на ) движущей силой:

(б)

Из (а) и (б):

(в)

Применительно к псевдоожиженному слою это уравнение после разделения переменных легко интегрируется (в пределах соответственно от до и от 0 до ), так как для ПС по всей поверхности контакта

С учетом знака при в знаменателе левого интеграла имеем:

и (11.32)

Для большинства других систем, где в отличие от ПС влажность материала , а с ней и равновесное влагосодержание изменяются по объему системы (координате , поверхности контакта ) интегрирование приводит к более сложным выражениям либо вообще провести его аналитически не удается.

Из выражения (11.32) видно, что в случае внешней задачи закономерности изменения влагосодержания сушильного агента определяются "числом единиц переноса", т.е. отношением пропускных способностей поверхностной (иначе - внешней) стадии () и потоковой стадии ().

Для нахождения средней движущей силы решим левое из уравнений (11.32) относительно и домножим обе части равенства на , чтобы получить слева количество передаваемой влаги :

и (г)

Сравнивая последнее выражение с (11.31,а), находим:

или (11.33)

- средняя движущая сила при сушке в ПС в условиях внешней задачи вычисляется как среднелогарифмическая величина.

Соотношением (11.32) установлена связь и . В расчетах удобно оперировать не поверхностью контракта , а рабочей высотой слоя . Выражая для ПС поверхность контакта через , как показано в начале раздела, получаем из (11.32):

(11.34)

В задачах эксплуатации известны , а также и ряд других характеристик процесса; требуется определить , и производительность по влаге . Это удобно сделать, используя второе из выражений (11.34). По найденному с помощью уравнения баланса (11.30) определяются конечная влажность материала и поток передаваемой влаги . Расчет осложняется тем, что при первоначально неизвестной конечной влажности нельзя точно взять равновесное значение , входящее в (11.34). Поэтому приходится прибегать к итерационной процедуре, задаваясь "в нулевом приближении" некоторым значением и добиваясь в ходе итерации приемлемой сходимости этой величины:

В тех случаях, когда равновесие при сушке является (или его можно принять) линейным, задача эксплуатации поддается аналитическому решению на основании методики и соотношений, для процессов класса 3(2-2)1 по КФ-классификации.

В типичной задаче проектирования обычно задана производительность по высушиваемому материалу G и его влажности — входная и выходная . По материальному балансу (11.30) определяется выходное влагосодержание сушильного агента и далее (при других известных величинах) по первому из выражений (11.34) — искомая высота слоя , обеспечивающая заданную глубину сушки (конечную влажность ). При этом рабочий поток сушильного агента определяется из условий статики процесса, а при неизвестном на начальных стадиях расчета значении — уточняется с помощью технико-экономического анализа.

Входящее в расчетные уравнения поперечное сечение аппарата рассчитывается по уравнению расхода , где . Здесь скорость сушильного (ожижающего) агента выбирается из технологических соображений — обычно во избежание значительного уноса мелких частиц на уровне (3-7) где — скорость начала псевдоожижения.

Уравнение (11.34) связывает влагосодержание уходящего СА с высотой слоя . Эта связь иллюстрируется на рис. 11.43. Частицы в ПС невелики по размерам: чаще всего изменяется долями миллиметра, реже — несколькими миллиметрами. Это означает, что выражение под знаком экспоненты в (11.34) весьма велико (при не очень малых ). Поэтому в пределах небольших высот слоя с увеличением разность быстро уменьшается. Кривая , показанная на рис. 11.43, характерна для тонкого псевдоожиженного слоя. Заметим, что эта же кривая характеризует изменение текущего влагосодержания по высоте слоя .

Рис. 11.43. Связь влагосодержания сушильного агента, покидающего тонкий псевдоожиженный слой, с его рабочей высотой

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: