Реальная сушилка с частичной рециркуляцией

В реальной сушилке процесс в сушильной камере идет с изменяющейся относительной энтальпией . Для сушилки с рециркуляцией такой процесс может трактоваться по аналогии с простой сушилкой, если оперировать (см. рис. 11.32) штрих-пунктирным контуром . При этом, в отличие от простой сушилки, потоки СА составят не и (полный и удельный), a и ; в остальном пути анализа и расчета совпадают.

Рис. 15.35. Диаграмма для реальной сушилки с частичной рециркуляцией воздуха

Для сушки с частичной рециркуляцией, как и для простой, могут быть проанализированы два варианта: не задана точка 2 (определено состояние воздуха в точке 1 на входе в сушильную камеру); не задана точка 1 (определено состояние воздуха на выходе из сушильной камеры, т.е. в точке 2). В пределах каждого из этих вариантов следует рассмотреть два случая: и . Подходы к анализу и расчету этих вариантов и случаев подробно рассмотрены для простой сушилки (разд. 11.3.3), поэтому здесь выберем один из вариантов (пусть задана точка 2) и чаще встречающийся случай (рис. 11.35): процесс сушки в сушильной камере идет с понижением , так что .

Как и для простой сушилки, при компенсация теплопотерь производится за счет дополнительного подогрева воздуха в калорифере; поэтому точка 1 реального процесса после калорифера на диаграмме будет расположена выше точки идеального процесса. Отрезок соответствует величине . Таким образом, стадия нагрева СА в калорифере изображается линией , процесс реальной сушки в сушильной камере — линией .

В целях сопоставления на рис. 11.35 штрих-пунктиром показаны идеальный и реальный процессы для простой сушилки. Нетрудно видеть (из подобных треугольников), что отрезок в () раз больше отрезка ; следовательно, отрезок равен (в масштабе) величине , как и в случае простой сушилки. Таким образом, при построении реального процесса для сушилки с частичным возвратом отработанного воздуха можно действовать по-разному:

—добавить к теплосодержанию величину или, что то же самое, отложить на вертикали от точки вверх отрезок, отвечающий . Линия реальной сушки изобразится отрезком ;

—добавить к теплосодержанию величину или, что то же самое, отложить на вертикали от точки вверх отрезок, соответствующий . Линия реальной сушки здесь на прямой : тот же отрезок .

В плане понимания метода расчета проще первый путь; в аспекте точности построений — второй, поскольку больший отрезок можно отложить точнее, чем меньший .

Оценивая процесс с частичной рециркуляцией СА, необходимо иметь в виду, что при равенстве (в сравнении с другими вариантами сушки) затрат свежего воздуха и теплоты здесь будут выше затраты энергии на дутье, поскольку общий расход СА увеличивается в раз.

11.6 О некоторых других вариантах сушильного процесса

На практике процессы конвективной сушки осуществляются не только в трех рассмотренных основных вариантах, их — множество; еще больше разновидностей можно представить умозрительно. Каждому варианту сушильного процесса отвечают свои построения в диаграмме . Ниже в качестве примера рассмотрены две схемы сушильных установок и соответствующие им диаграммы — рис. 11.36 (вентиляторы на схемах не показаны). Построения выполнены применительно к идеальным процессам; стрелками условно показаны направления процесса по стадиям (потоков СА).

На рис. 11.36, а показана схема с частичной рециркуляцией отработанного воздуха, где вместо подогрева смеси в калорифере нагревается отработанный воздух. В диаграмме эта стадия изображается линией . Обратный воздух, нагретый до высокой температуры , смешивается с холодным свежим воздухом (точка 0); стадии смешения отвечает линия с получением точки . Смесь (т. ) направляется в сушильную камеру: стадия сушки . Степень рециркуляции в данном случае представляет собой отношение отрезков: . Типичная постановка задачи для рассматриваемой схемы: при известных состояниях потоков воздуха — свежего (точка 0) и отработанного (точка 2) — и заданной степени рециркуляции п надо определить температуру , до которой следует нагревать воздух в калорифере. Путь решения:

— по выражению (в) в разд. 11.5.1 определяем координату ;

—из точки 2 проводим (идеальная сушка!) линию до пересечения с вертикалью ; определяется точка ;

— из точки 0 через точку проводим прямую (линия смешения) до пересечения с вертикалью определяется точка 1 и соответствующая ей температура .

Рис. 11.36. Некоторые схемы сушильных установок и диаграммы : а — сушилка с подогревом обратного воздуха, 6 — сушилка с полной рециркуляцией

На рис. 11.36, б представлена схема с полной рециркуляцией СА. Такая ситуация встречается в химической технологии, когда высушиваемый материал не допускает соприкосновения с кислородом воздуха и в качестве сушильного агента должен использоваться газ, химически инертный к ТМ (азот, диоксид углерода и т.п.). В этом случае экономически нецелесообразно выбрасывать в атмосферу дорогостоящий СА, поэтому организуется замкнутый цикл с полным возвратом отработанного СА. Однако в рассмотренных ранее схемах выделившаяся из высушиваемого материала влага выводилась из системы с отработанным сушильным агентом, выбрасываемым в атмосферу. При полной рециркуляции влага будет с течением времени накапливаться в цикле, станет расти влагосодержание СА, оно достигнет равновесного значения, и процесс сушки прекратится. Чтобы этого не произошло, удаляемую влагу нужно непрерывно выводить из системы. С этой целью отработанный сушильный агент (точка 2) направляют в холодильник-конденсатор. Там он сначала охлаждается до насыщения (до точки росы — состояние 3), а затем происходит конденсация влаги: сушильный агент (инерт) сохраняет насыщенное состояние , процесс идет с понижением температуры и влагосодержания по линии 3-4. Выделяющаяся в виде конденсата влага W выводится из цикла в брызгоулавливающем устройстве (на схеме показано кружком). Насыщенный влагой инерт (СА) в состоянии 4 (с низким влагосодержанием) подается в калорифер, где нагревается до состояния 1 и направляется в сушильную камеру: процесс сушки 1-2.

Заметим: при замене воздуха на азот можно без существенной погрешности пользоваться диаграммой для воздуха (поскольку в нем 73 % азота, а теплофизические свойства кислорода мало отличаются от таковых для азота). При использовании других инертов необходимо специально построить диаграмму для соответствующего газа.

Некоторые другие схемы и отвечающие им построения в диаграмме приводятся в учебной и научной литературе.

Сушка топочными газами

Общие положения

В качестве источника теплоты в калориферах чаще всего используется водяной пар под давлением примерно до 1,6-2,0 МПа, температурный уровень — примерно до 200 ºС (пар более высокого давления дорог). В этом случае нагретый СА, направляемый в сушильную камеру, получается в результате ряда последовательных операций: сжигание топлива с образованием топочных газов; теплообмен в котельной установке с получением водяного пара высокого давления; передача теплоты от конденсирующегося пара к сушильному агенту в калорифере. В случае электрического обогрева добавляется еще одна стадия: подача водяного пара в турбину с выработкой электроэнергии и подогрев СА в электрокалорифере. На каждой из упомянутых операций происходят потери теплоты и снижение потенциала теплоносителя. Температура СА на выходе из парового калорифера как правило не превышает 150-180 ºС; в случае электрообогрева она может быть выше, но электрическая энергия дороже паровой. Между тем технологически выгоднее пользоваться сушильным агентом высокой температуры: больше количество теплоты, которое несет и может отдать каждый килограмм СА, и выше его влагоемкость, быстрее вдут процессы удаления влаги (как диффузия ее внутри материала, так и испарение с поверхности). По этим причинам выгодно, отказавшись от калорифера, использовать в качестве сушильного агента непосредственно топочные газы — либо отбросные (после их квалифицированного использования в котельных установках или других технологических аппаратах), либо от топок, специально предназначенных для обслуживания сушильных установок.

Рис. 11.37. Сушильная установка с использованием топочных газов в качестве сушильного агента: 1 — топка, 2 — камера смешения, 3 — сушильная камера, 4 — вентилятор; I — топливо, II — первичный воздух, III — топочные газы, IV — вторичный воздух, V — смесь газов (сушильный агент), VI — отработанный газ, VII — исходный влажный материал, VIII — высушенный материал

Применение топочных газов в качестве сушильного агента имеет ряд ограничений. Основное из них — температурные пределы: топочные газы могут быть использованы только для сушки материалов, устойчивых к высоким температурам. Следует иметь в виду и термическую устойчивость конструкционных материалов сушильной камеры (даже защищенной футеровкой от непосредственного контакта с топочными газами). Другое ограничение связано с последующим использование высушенного материала. Дело в том, что топочные газы могут быть загрязнены образующимися в топке частицами сажи или запылены (частицы золы или несгоревшего топлива). При высушивании пищевых продуктов (например, столовой соли), тем более лекарственных препаратов (даже если они термически стабильны), это, естественно, недопустимо.

Принципиальная схема сушки топочными газами с индивидуальным топочным агрегатом представлена на рис. 11.37.

В топку 1 подается топливо (поток I) в количестве в единицу времени и поток II первичного воздуха на сжигание топлива (здесь и далее все потоки — в расчете на абсолютно сухой воздух). В результате образуются топочные газы (III) с высокой температурой . (Эта температура должна обеспечить полное сгорание топлива; для твердого топлива она обычно не ниже 1100-1200 ºС, для жидкого — не менее 1000 ºС, для газообразного обычно не ниже 900 ºС.) Далее топочные газы подаются в камеру смешения 2, где смешиваются с потоком IV холодного вторичного воздуха — в результате получается смесь (V), т.е. сушильный агент требуемой температуры . Он поступает в сушильную камеру 3, куда подается поток VII влажного материала (в расчете на абсолютно сухой); из камеры выходят потоки отработанного сушильного агента (VI) и высушенного материала (VIII). Движение газов через систему обеспечивается вентилятором 4.

Важно: нельзя подать в топку весь воздух , чтобы без всякой камеры смешения сразу получить на выходе из топки газы с температурой , поскольку значение — ниже температуры, необходимой для полного сгорания топлива . Именно поэтому в топку подается лишь холодный первичный воздух , тогда там поддерживается достаточно высокая температура . А затем в камере смешения эти горячие газы разбавляются холодным вторичным воздухом ; таким образом обеспечивается приемлемая температура СА на входе в сушильную камеру.

С целью интенсификации сушки высушиваемый материал направляют противотоком к сушильному агенту: выше движущая сила процесса, лучше используется влагоемкость газа. Если при этом из ТМ удаляется свободная влага (см. разд. 11.2.5), то температура материала не может подняться выше температуры кипения (при удалении воды — выше 100 ºС, так что материал по существу защищен от воздействия высоких температур. Однако если на конечных стадиях сушки удаляется связанная влага, то высушиваемый материал, контактируя с высокотемпературным сушильным агентом на входе его в сушилку, может нагреться и выше 100 ºС. Это не всегда допустимо: могут ухудшиться товарные качества ТМ (вплоть до частичного его разложения). В этом случае следует организовать прямоточное движение высушиваемого материала и смеси газов — этот вариант и показан на рис. 11.37. Тогда с высокотемпературным СА контактирует материал, содержащий свободную влагу, – он существенно перегреться не может. А материал с оставшейся в нем связанной влагой находится в контакте с газами, температура которых заметно понизилась в ходе сушки, так что порчи материала не произойдет.

В реальной сушильной установке топка, камера смешения и сушильная камера непосредственно примыкают друг к другу — это снижает гидравлическое сопротивление газовому потоку и потери теплоты в окружающую среду. На схеме элементы установки отделены один от другого с целью фиксации температур и физических свойств газов на границах этих элементов (аппаратов) — это нужно для анализа процесса.

Диаграмма для сушки топочными газами представлена на рис. 11.38. В отличие от рассмотренных ранее сушильных установок, повышение температуры СА в топке (стадия ) не идет по линии ; здесь . Дело в том, что в состав топлива входит водород, при его сгорании образуются пары воды, и в сравнении с исходным воздухом (точка 0) влагосодержание топочных газов (точка Т) возрастает. Далее в камере смешения эти газы смешиваются со свежим вторичным воздухом (точка 0); стадия смешения: Наконец, в сушильной камере происходит процесс сушки — по линии , если это была бы идеальная сушка; с изменяющимся (почти всегда — понижающимся) в реальной технологической ситуации.

Рис. 11.38. Диаграмма процесса сушки топочными газами

В задачу технологического расчета входит определение (при заданной производительности по высушиваемому материалу и его исходной и конечной влажностям) расхода топлива , потоков первичного и вторичного воздуха, а также установление входных, промежуточных и выходных параметров процесса (в частности, температур) и свойств рабочих тел (воздуха, топочных газов, высушиваемого материала).

Технологический расчет может быть выполнен с использованием диаграммы для воздуха (разумеется, вычерченной для области высоких температур), поскольку теплофизические свойства топочных газов мало отличаются от свойств воздуха: в обоих случаях основной компонент — азот (его концентрация близка к 75 %), а для остальных компонентов эти свойства близки к характерным для азота. Однако в случае сушки топочными газами возможен и аналитический расчет, в ходе которого определяются искомые потоки и технологические параметры работы установки. Заметим: топочные газы могут иметь разный состав (в зависимости от состава топлива и расходов воздуха); на некоторых этапах расчета возможное различие в составе газов игнорируют, что предопределяет приближенность расчета. Вносимая при этом погрешность по указанным выше причинам (преобладание в газах азота) — невелика.

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

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

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