Rezistența la uscare a aerului
Să presupunem că materialul umed este livrat la uscare în cantitate de kg / h. În același timp, în camera de uscare pot fi introduse dispozitive de transport (transportoare, cărucioare etc.), kg / h. În plus (fig. 171), L kg / h de aer absolut uscat este introdus în uscător. Pentru a încălzi aerul mai întâi în încălzitorul de aer și apoi în camera de uscare, cantitățile de căldură, respectiv, kJ / h sunt alimentate.
- capacitatea de căldură a părții uscate a materialului umed, kJ / (kg deg);
- capacitatea de căldură a dispozitivelor de transport, kJ / (grindină);
- temperatura materialului de intrare pentru uscare, K;
- temperatura materialului după uscare, K;
- temperatura dispozitivelor de transport la intrarea în camera de uscare, K;
- temperatura dispozitivelor de transport la ieșirea din camera de uscare, K;
- entalpia aerului la intrarea în camera de uscare, kJ / kg de aer uscat;
- entalpia aerului după încălzirea în încălzitorul de aer, kJ / kg de aer uscat;
- entalpia aerului la intrarea din camera de uscare, kJ / kg de aer uscat;
- pierdere de căldură în mediul înconjurător, kJ / h.
Conform schemei fluxului de căldură (Figura 171), echilibrul termic al procesului poate fi reprezentat de ecuație
Din această ecuație, putem determina consumul de căldură pentru uscare:
Noi atribuim toate costurile de încălzire la 1 kg de umiditate evaporată în timpul uscării și indică costurile unitare după cum urmează:
Apoi ecuația precedentă va avea forma
Din această ecuație rezultă:
Cu denumirile acceptate, consumul specific de căldură în încălzitorul de aer poate fi de asemenea reprezentat în formă
și exprimă consumul total de căldură specific din ecuația (1 1 .24) ca
și căldura introdusă suplimentar în camera de uscare din ecuațiile (11,26) și (11,27) ca
Ultimele trei egalități sunt utilizate pentru determinarea consumului de căldură pentru procesul de uscare. Din ecuația (1 1 .27) rezultă că consumul de căldură pentru uscare depinde în principal de parametrii inițiale și finali de aer "; în plus, crește odată cu creșterea diferenței dintre temperatura inițială și cea finală a materialului uscat și cu creșterea pierderilor de căldură în mediul înconjurător.
Comparând egalitățile (1 1 .25) și (1 1 .26) și efectuând transformările. noi primim.
Având în vedere egalitatea (1 1 .19), avem:
În loc de valorile finite ale lui H 2 și X 2, luați toate valorile intermediare și găsiți
Ultima ecuație este ecuația unei linii drepte, adică relația dintre parametri și procesele de uscare este simplă.
3. Pe baza regimului de uscare predeterminat și a costurilor agentului de uscare, se determină suprafața necesară schimbului de căldură și de masă a materialului, ceea ce asigură o capacitate predeterminată de uscare.
Mărimea transferului de căldură și de masă de suprafață se găsește în dimensiunile camerei de uscare. La calcularea uscătoarelor industriale din datele experimentale obținute în instalația de model, este necesar să se acorde o mare atenție posibilităților de modelare hidrodinamică și termică. În unele cazuri, se introduc factorii de corecție pentru uniformitatea distribuției materialului și agentului de uscare pe suprafața și volumul camerei de uscare și uniformitatea distribuției materialelor în agentul de uscare.
De exemplu, în uscător cu un pat fluidizat de mici dimensiuni (diametru 300 mm) se obține mai aproape de amestecare ideală (fără zone moarte) decât în uscătoare comerciale, cu un diametru de până la 5 m. Acest lucru explică faptul că poate fi utilizat fără supraîncălzire a materialului din plante model mai temperaturile inițiale ridicate ale agentului de uscare în comparație cu temperaturile din instalațiile industriale. În uscătoare mici de pulverizare cele mai bune posibile de distribuire a materialului dispersat și agentul de uscare decât în aparate industriale, însă coeficienții de transfer termic volumetric primul caz, mai mare, etc.
4. Caracteristicile cinetice ale sushch sunt calculate,
împărțind cantitatea de umiditate W evaporată din suprafața F a materialului uscat per unitate de timp. Astfel, rata de uscare este raportul:
unde t este timpul de uscare, s.
Cunoscând viteza de uscare, determinați durata procesului de uscare în șarje sau suprafața materialului uscat atunci când uscați printr-o metodă continuă și setați dimensiunile totale ale aparatului de uscare.
Rata de uscare, ca proces de schimb de masă, urmează ecuația de transfer de masă de bază, conform căreia
unde K este coeficientul de transfer de masă; - Forța medie a procesului.
După cum se poate observa din analiza staticilor de uscare, forța motrice a procesului de uscare este determinată de diferența de presiune. și anume diferența dintre presiunea de vapori a umidității la suprafața materialului și presiunea parțială a vaporilor din aer (sau vaporii puri).
Există două perioade de uscare: perioada de viteză constantă și perioada de scădere a vitezei procesului.
În prima perioadă, umiditatea se evaporă de pe întreaga suprafață a materialului în același mod în care se evaporă din oglinda de evaporare a unui anumit volum de lichid. În această perioadă, viteza de uscare este constantă și este determinată numai de rata de difuzie externă, adică difuzia vaporilor de umiditate de la suprafața materialului la mediu.
În cea de-a doua perioadă, viteza de uscare este determinată de difuzia internă - mișcarea umidității din interiorul materialului pe suprafața sa. Odată cu începutul celei de-a doua perioade, suprafața materialului uscat începe să fie acoperită cu o crustă și suprafața de evaporare a umezelii scade constant, ceea ce duce la o creștere a rezistenței difuziei interne și la o scădere continuă a vitezei de uscare.
În funcție de grosimea și structura unor materiale, evaporarea umezelii de pe suprafața lor la sfârșitul celei de-a doua perioade încetează cu totul și se produce în interiorul materialului. Prin urmare, în funcție de natura îndepărtării umidității, a doua perioadă de uscare constă adesea în două etape: o etapă de cădere uniformă a vitezei și o etapă de viteză care nu se uniformizează.
Figura 172 - Curba de uscare a materialului și schimbarea temperaturii acestuia în timpul procesului de uscare.
Două perioade principale sunt precedate de o perioadă de încălzire a materialului până la temperatura de uscare.
Cinetica uscării este de obicei determinată prin cântărirea probelor de material la începutul uscării și la intervale regulate. Prin greutatea eșantioanelor, conținutul absolut de umiditate al materialului se calculează la momente diferite și este reprezentată grafic curba de umiditate față de timp. care se numește curba de uscare (Figura 172). Rata de uscare poate fi determinată din această curbă.
Viteza de uscare, caracterizat prin schimbarea umiditatea absolută în unitatea de timp poate fi găsit nici un moment dat ca panta unghiului curbei de uscare (de exemplu, punctul 172 în figură). Valorile găsite pentru viteza de uscare este reprezentată grafic ca funcție de umiditatea absolută, iar vitezele de uscare curba obținută (Figura 173). Reprezentarea grafică a procesului sub forma curbelor de uscare și uscare curbele ratei face posibilă stabilirea unor perioade diferite de cursul.
Luând în considerare curbele din Figurile 172 și 173, putem distinge perioadele de uscare enumerate mai sus.
Figura 173 - Curba vitezei de uscare.
Perioada de încălzire a materialului (segmentul AB din figura 173) este, de regulă, de scurtă durată și se caracterizează printr-o stare instabilă a procesului. În această perioadă, temperatura materialului se ridică la temperatura unui termometru umed. dar umiditatea scade ușor. Viteza de uscare crește și atinge valoarea maximă până la sfârșitul perioadei de încălzire.
În timpul perioadei de viteză constantă (segmentul rectiliniu VK 1) viteza procesului este cea mai mare, temperatura materialului.
Punctul inițial K 1 al perioadei de viteză incidentă (segmentul K 1 K 2 C) este numit primul punct critic, iar conținutul de umiditate al materialului în acest punct este prima umiditate critică.
care se încadrează perioadă Rata constă la rândul său, din două etape: o rată uniformă care se încadrează (linia 1 segment K 2 din figura 173) și viteza de cădere neregulat (curba K 2 C).
Punctul K 2 este numit al doilea punct critic, iar umiditatea corespunzătoare a materialului este a doua umiditate critică. Până la sfârșitul celei de-a doua perioade, temperatura materialului se ridică și atinge temperatura aerului sau a mediului care înconjoară materialul. Concomitent, conținutul de umiditate al materialului este redus la echilibru pe toată grosimea sa. Din momentul atingerii umidității de echilibru, viteza de uscare devine zero. Cu o altă ședere a materialului în uscător, conținutul său de umiditate rămâne constant (segmentul C din Figura 172).
Pentru diferite materiale, perioadele individuale de uscare pot fi diferite în timp sau absente cu totul. Astfel, la uscarea plăcilor plate, procesul se termină cu o treaptă de viteză care cade uniform (linia de proces ABK 1 K 2 din Figura 173)
Timpul de uscare a materialului poate fi determinat doar cu exactitate prin experiment. Durata totală a procesului este determinată prin calcul ca suma timpului de uscare în perioada de viteză constantă și durata acestuia în perioada de viteză de cădere, presupunând că viteza de uscare scade în a doua perioadă apare rectiliniu.
Durata de uscare în anumite perioade este determinată de următoarele formule
într-o perioadă de viteză constantă
într-o perioadă de scădere a vitezei
În consecință, timpul total de uscare poate fi determinat aproximativ prin ecuație
în cazul în care. și - umiditatea inițială, finală și de echilibru a materialului, kg de umiditate per 1 kg de materie uscată; - primul conținut de umiditate critic al materialului (la sfârșitul primei perioade de uscare);
Cantitatea C care intră în ecuația (10.36) se numește coeficientul de uscare și se exprimă prin cantitatea de kg de umiditate evaporată pe secundă pentru 1 kg de substanță uscată.
Denumirea cantității de umiditate evaporată W kg, cantitatea de materie uscată în materialul uscat G uscat kg și timpul de uscare t. obținem următoarea expresie pentru coeficientul de uscare:
unde b este coeficientul de transfer de masă în fază gazoasă, kg / m 2 s f este suprafața specifică a materiei uscate, m 2 / kg de materie absolut uscată; D cp este forța motrice medie egală cu diferența medie în conținutul de umiditate al aerului în starea saturată și cea de funcționare.
Cu parametrii de aer variabili, o valoare cu o precizie suficientă pentru calculele tehnice poate fi determinată ca diferență logaritmică medie a conținutului de umiditate al materialului și aerului la începutul și la sfârșitul fiecărei perioade de uscare.
Pentru a determina b, putem folosi ecuația criterială:
Mărimea determinantă în calculul lui u este valoarea - lungimea suprafeței de evaporare de-a lungul direcției agentului de uscare.
Criteriul Guchmann care intră în ecuație (1 1 .38) caracterizează influența transferului de masă asupra schimbului de căldură cu apariția simultană a acestor procese. Criteriul este exprimat prin formula:
unde - căldură de evaporare a umidității, J / kg; - coeficient de transfer de căldură din aer, W / m 2 grad; t este temperatura aerului, o C.
Cantitățile A și n din ecuația (1.36) depind de criteriul Re
Viteza de uscare depinde, de asemenea, de direcția agentului de uscare în raport cu materialul care urmează să fie uscat.
Cu materialul umed echicurent la intrarea uscătorului este în contact cu aerul cald proaspăt, astfel de uscare are inițial loc rapid și apoi încetinirea, iar în capătul uscătorului temperatura materialului se apropie temperatura t 2 a aerului evacuat.
Când materialul umed inițial contactul în contracurent cu aerul evacuat, iar materialul uscat - cu aer cald proaspăt care intră în uscător. Ca urmare, uscarea este lentă la început, după ce conținutul de umiditate scade rapid, deoarece temperatura crește, se apropie temperatura t 1 a agentului de uscare și poate fi mai mare decât admisibil pentru un anumit material.
Prin urmare, atunci când se usucă cu gaze de ardere (sau cu alt agent de uscare cu temperatură ridicată), se utilizează un debit direct. Un contra-flux este preferat atunci când se usucă materialul la o umiditate finală scăzută, care se obține în acest caz într-un timp mai scurt.
Calculul nu este considerat un număr de factori care au o mare influență asupra timpului de uscare, și anume :. spălarea neuniformă a materialului de aer, prezența unor zone „moarte“, materialul de schimbare a temperaturii, etc. Prin urmare, timpul de uscare teoretică obținută din formula (10.36), înmulțită cu un factor de corecție, egală cu 1,5 2 sau mai mult.
Din cauza dificultăților în calculul dinamicii de uscare (difuzia umidității în diferite perioade de uscare din viteza și uscare timp), în practică, adesea limitată calculul static al datelor medii, luând valoarea inițială a cantității medii de umiditate evaporată într-o unitate de volum a camerei de uscare (pentru uscătoare convective) sau pe unitate suprafața de încălzire (pentru uscătoarele de contact), adică valoarea tensiunii uscătorului cu umiditatea A în kg / m 3 * h sau în kg / m 2 * h.
Cap de temperatură medie pentru prima perioadă de uscare:
unde este temperatura inițială a agentului de uscare; temperatura agentului de uscare la sfârșitul primei perioade. În consecință, găsim capul de temperatură pentru a doua perioadă de uscare
unde este temperatura finală a agentului de uscare; - temperatura finală a materialului care urmează să fie uscat. Capul mediu de temperatură pentru întregul proces de uscare este determinat de formula:
unde este raportul timpului de uscare în a doua perioadă până la timpul total de uscare.
Cantitățile u sunt determinate prin formulele (1 1 .34) și respectiv (1 1 .35).
Expresiile corespunzătoare pentru u pot fi obținute pentru un contracurent al agentului de uscare și a materialului care urmează să fie uscat.
Cu un conținut de umiditate finală relativ ridicat al materialului uscat, valoarea poate fi determinată aproximativ de ecuație
5. Se calculează caracteristicile cinetice ale uscătorului.
Calculați echipamentul auxiliar al instalației (dispozitive de colectare a prafului, cuptoare, încălzitoare), selectați dispozitive de ventilație etc.
La sfârșitul calculului se determină costurile specifice ale căldurii, electricității, gazelor etc. și constituie parametrii tehnici și economici ai instalației.
Alegerea agentului de uscare este determinată de tehnologia acestui proces și de prezența anumitor surse de căldură. Sursele sale principale sunt combustibili lichizi sau gazoși, abur, electricitate; În cazuri rare, pot fi utilizate radiații solare (instalații solare speciale - cazane). Pentru a estima costul uscării, trebuie să cunoașteți sursa de abur (boiler independent sau termocentrala). Radiația și uscarea conductivă sunt utilizate în principal pentru materiale subțiri flexibile sau în care nu este de dorit să existe o cantitate mare de lichid de răcire. Cea mai folosită uscare convectivă, în care sunt utilizați ca agent de uscare aer sau azot încălzit, gaze de ardere, vapori de apă supraîncălzită sau vapori de lichide organice. Aerul este utilizat în acele cazuri când temperatura de uscare este scăzută și prezența oxigenului în agentul de uscare nu afectează proprietățile materialului care urmează să fie uscat.
Trebuie remarcat faptul că utilizarea de schimbătoare de căldură din oțel rezistent la căldură permite aerului încălzit la circa 500 C, și în sisteme cu un agent termic solid intermediar - 800-1000 C. Cu toate acestea, astfel de schimbătoare de căldură nu sunt încă utilizate pe scară largă în industrie.
Gazele de ardere sunt utilizate în mod obișnuit, la uscare la temperatură ridicată, materialul nu interacționează cu dioxidul de carbon conținut sau dioxid de sulf, când este utilizat ca un ulei combustibil sau cărbune. Azotul este utilizat în principal în cazurile în care materialul poate fi oxidat sau exploziv sau lichid exploziv care se evaporă din material. Când se usucă azotul ca agent de uscare, instalațiile de uscare funcționează într-un ciclu închis. Dacă materialul nu își schimbă proprietățile la temperaturi de până la 130 ° C, atunci pentru uscare poate fi folosit abur supraîncălzit. La uscarea unor materiale polimerice în starea suspendată și semi-ponderată, în unitatea de uscare se acumulează încărcături electrostatice mari. În aceste cazuri, pentru a se evita explozii ale corpului mașinii, în plus față de împământare sale eficient utilizat pentru uscare azot sau abur supraîncălzit (de exemplu polietilenă în timpul uscării, unii copolimeri stiren etc.)
Pentru materialele care sunt extrem de sensibile la căldură, se folosește așa numita uscare la rece, adică Aerul pre-uscat este utilizat la o temperatură care nu depășește 40 ° C (uscarea membranelor de radiozonte latex de dimensiuni mari, emulsii etc.), deoarece la temperaturi scăzute, procesele oxidative încetinesc considerabil. Uscarea cu aer uscat se efectuează pe silicagel, cu două dezumidificatoare instalate, dintre care unul funcționează. iar în cealaltă, silicagelul este regenerat prin trecerea, de exemplu, a gazelor fierbinți prin acesta.
Ca adsorbant de uscare, pot fi de asemenea utilizate anhidrida fosforică și clorura de calciu. La o uscare superficială a aerului, se folosesc aparate de aer condiționat, irigate cu apă pre-răcită în unități de glicol. Când se usucă materiale chimice pure, aerul trebuie curățat de praf în filtre speciale (hârtie, viscină, etc.). Aerul exterior este luat în mod adecvat din straturile superioare ale atmosferei, unde conține mai puțin praf
Trimiteți-le prietenilor: