Смешение свежего и отработанного воздуха
Задача заключается в определении точки смеси при известных потоках (точнее — их соотношения) и параметрах смешиваемых потоков — в состояниях 0 и 2. Анализ ведется по общей канве: точка смеси определяется по правилу рычага, в рассматриваемом случае — не в концентрационной диаграмме, а в диаграмме «состав ( ) — свойство ( )».
Точку смеси будем искать для 1 кг свежего и кг обратного воздуха (в расчете на абсолютно сухой). Составим материальный (по влаге) и тепловой балансы для контура, охватывающего вентилятор (штриховой контур на рис. 11.32):
и (в)
и (г)
Точка с параметрами ( ) представляет собой точку смеси . Из выражений (в) и (г) видно, что ее положение зависит от степени рециркуляции и; таким образом, в общем плане речь идет не о точке смеси, а о геометрическом месте точек смеси (т.е. о линии смешения) в зависимости от соотношения и потоков обратного и свежего воздуха.
Практически точку смеси в ходе технологического расчета удобно определять с использованием диаграммы . Пусть (рис. 11.33) заданы точки 0 (свежий воздух) и 2 (отработанный воздух). Требуется найти линию их смешения и на ней зафиксировать точку смеси при известных количествах свежего и отработанного воздуха — 1 кг и и кг соответственно.
Чтобы найти линию смешения , используем левые выражения балансов (в) и (г):
и (д)
Из (д) следует линейность связи и , т.е. точка лежит на некоторой прямой в диаграмме , причем ее положение при заданных точках и зависит от величины .При (отсутствие в смеси обратного воздуха), согласно (в) и (г), и , т.е. точка С совпадает с точкой 0 свежего воздуха. А при (в смеси отсутствует свежий воздух) получается и (для этого числители и знаменатели правой части равенств надо предварительно поделить на и); значит, в этом случае точка совмещается с точкой 2 отработанного воздуха. Таким образом, линия смешения есть прямая, соединяющая точки свежего и отработанного воздуха: точка лежит на отрезке 0-2.
Для последующего анализа полезно выразить степень рециркуляции через концентрации и относительные энтальпии. Раскроем скобки в левых выражениях (в) и (г) и найдем :
и (е)
Отсюда легко получаются также характерные удельные потоки :
и (ж)
Построение точки смеси демонстрируется на рис. 11.33, а. Для обоснования положения точки (она находится на прямой 0-2) проведем горизонтальные линии, построив подобные треугольники на отрезках ( ) и ( ) как на гипотенузах. Отношение горизонтальных катетов этих треугольников, согласно (е), равно ,а поскольку треугольники подобны, то
или (з)
— точка определяется по правилу рычага (в данном случае — I рода), "точка опоры" находится в точке .
Рассмотрение подобных треугольников, построенных как на гипотенузах на отрезках ( ) и и одновременное использование выражений (ж) аналогичным образом приводит к правилу рычага II рода:
или (и)
«точка опоры» здесь расположена в точке 2.
Иллюстрация правила рычага I и II рода приведена на рис. 11.33, б, в. Заметим, что в практических расчетах чаще более удобным оказывается правило рычага II рода. Разумеется, правило рычага для смешений свежего и отработанного воздуха может быть представлено и в обобщенной форме.

Рис. 11.33. К расчету точки смеси при частичной рециркуляции воздуха: а — диаграмма , б, в — рычаги I и II рода
11.5.2 Идеальная сушилка с частичной рециркуляцией
За стадией смешения свежего и отработанного воздуха следуют стадии нагрева смеси в калорифере и сушки в сушильной камере. Для идеальной сушилки все три стадии построены в диаграмме на рис. 11.34 (для наглядности направления процесса на отдельных стадиях показаны стрелками). Здесь стадия смешения стадия нагрева СА: ; стадия идеальной сушки (по линии ): 

Рис. 11.34. Диаграмма для идеальной сушилки с частичной рециркуляцией воздуха
На диаграмме в целях сопоставления штрих-пунктирной линией намечен процесс в простой идеальной сушилке. Можно видеть, что при сушке с частичным возвратом отработанного воздуха исходный СА поступает в сушильную камеру с более высокой влажностью, нежели в простой сушилке: . Одновременно происходит и снижение температуры СА на входе в зону сушки: , так что и температурный режим здесь мягче (это важно для сушки термолабильных материалов). Заметим, что понижение температуры на входе в сушильные камеры может быть обеспечено и в ранее рассмотренных схемах (в простой сушилке — путем увеличения потока СА; в многозональной — делением на зоны с промежуточным подогревом СА); а вот повышение исходной влажности СА — особенность именно сушки с рециркуляцией.
При практической постановке задач технологического расчета чаще всего задается (наряду с точками 0; 1 или 2) не степень рециркуляции (как раз для этого случая выше рассмотрен путь построения диаграммы ), а влажность или температура воздуха на входе в сушильную камеру. Построение процесса в диаграмме и определение необходимой величины я в этих случаях затруднений не вызывает.
В начале разд. 11.5 приведены выражения (а), (б), а также (11.19) и (11.20) для определения потоков циркулирующего воздуха (для калорифера и сушильной камеры они одинаковы и постоянны) — в единицу времени и на 1 кг удаляемой влаги . Используя соотношения (ж) и (и), нетрудно показать, что эти выражения идентичны. Например, для :
(к)
Эффективность идеального процесса сушки определяется удельными затратами теплоты в калорифере . Полный расход теплоты есть произведение ее затрат в расчете на 1 кг циркулирующего сухого воздуха и потока этого воздуха 
(11.21)
Удельный (на 1 кг удаляемой влаги) расход теплоты в калорифере:
(11.22)
Сравнение этого расхода теплоты с характерным для простой идеальной сушилки удобно проводить с помощью диаграммы . Будем сравнивать подобные треугольники и на рис. 11.34, причем отрезок соответствует затратам теплоты на 1 кг АСВ ( ) в калорифере сушилки с рециркуляцией, а — в калорифере простой сушилки. Из подобных треугольников с учетом соотношений (и) имеем:
(л)
Теперь, преобразуя выражение (11.22), находим:
(м)
что полностью совпадает с выражением (15.9) для простой идеальной сушилки (в отсутствие и ).
Из изложенного следует, что при переходе от простой сушилки к рециркуляционной (как и ранее — к многозональной) удельные расходы свежего сушильного агента и теплоты в расчете на 1 кг удаляемой влаги не изменяются. В рассмотренных конкретных примерах проявляется общее правило: при одинаковых входных (точка 0) и выходных (точка 2) параметрах сушильного агента удельные расходы свежего воздуха и теплоты не зависят от варианта сушильного процесса. Между тем из диаграммы ясно видно, что в случае сушки с частичным возвратом отработанного воздуха в калорифере на подогрев одного его килограмма теплоты затрачивается меньше, чем в простой сушилке: ; из сравнения подобных треугольников ясно даже, во сколько раз меньше: в раз. Но количество циркулирующего воздуха на 1 кг удаляемой влаги в сушилке с рециркуляцией ровно во столько же раз больше: . Поэтому произведения и , выражающие (на 1 кг уд.Вл), в обоих случаях одинаковы.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|