Материальный баланс сушки
Обозначим:
G1 – количество влажного материала, поступающего на сушку, кг/ч;
G2 – количество высушенного материала;
W1, W2 – начальная и конечная влажность материала, %;
W – количество влаги, удаляемой из материала при сушке.
По всему материалу: 
; по абсолютно сухому веществу в высушиваемом материале: 
; отсюда 
.
Основное уравнение материального баланса конвективной сушки
.
Основная схема конвективной сушки
 |
Рассмотрим основную схему конвективной сушки.
Пусть на сушку поступает воздух с влагосодержанием х0, расход абсолютно сухого воздуха L. Из сушилки выходит такое же количество абсолютно сухого воздуха, а влагосодержание меняется до х2. W – количество влаги, испарившееся в сушилке, кг/ч, L – кг/ч, х – кг/кг.
Материальный баланс по влаге: 
→ 
.(*)
Удельный расход воздуха на испарение из материала 1кг влаги: 
(**), х1 – влагосодержание воздуха, нагретого в калорифере и поступающего в сушилку. Пройдя калорифер воздух не отдаёт влаги, т.е. х0 = х1, тогда уравнение (*) и (**) материального баланса может быть записано 
; 
.
Тепловой баланс процесса конвективной сушки.
 |
В сушилку поступает G1 кг/ч исходного материала при θ1˚С. Испаряется в сушилке W кг/ч влаги. G2 (кг/ч) – количество высушенного материала, удаляемого из сушилки при
, См- теплоемкость высушенного материала, Св – теплоёмкость влаги. В сушилку подаётся сушильный агент, который содержит L кг/ч абсолютно сухого воздуха. Перед калорифером энтальпия воздуха I0 (Дж/кг), после калорифера (после нагрева) – I1. На выходе из сушилки отработанный воздух имеет энтальпию I2.
Следует учесть транспортные средства в сушилке: Gт – масса этих устройств, кг; Ст – удельная теплоёмкость транспортных средств;
tтн – температура на входе в сушилку; tтк – температура транспортных средств на выходе из сушилки.
Приход тепла.
С наружным воздухом – LI0.
С влажным материалом:
а) с высушенным материалом - 
;
б) с влагой, испарённой из материала –W cB 
С транспортными устройствами - 
.
В калорифере К1 - 
и К2 - 
.
Расход тепла.
С отработанным воздухом - LI2.
С высушенным материалом - 
.
С транспортом - 
.
Потери в окружающую среду – Qп.
Таким образом тепловой баланс:
Отсюда общий расход тепла:
Поделив на W, получим удельный расход тепла на 1кг испарённой влаги:
( 
); где
qм – удельный расход тепла на нагрев высушенного материала;
qт – удельный расход тепла на нагревание транспортных средств.
С другой стороны 
- расход тепла во внешнем калорифере. 
. Подставим в ( ), перегруппируем и получим: 
Обозначим 
=Δ, тогда 
, или 
(1).
Δ – это разность между приходом и расходом тепла в камере сушилки, без учёта тепла приносимом воздухом из основного калорифера.
Δ – внутренний баланс сушильной камеры.
На прошлой лекции 
в (1), получим 
.
Для анализа и расчёта сушки вводится понятие теоретической сушки, т.е. где Δ = 0, т.е. 
.
И для теоретической сушилки 
(следует из (1)). Это означает, что испарение влаги в теоретической сушке происходит только за счет охлаждения воздуха. В действительных сушилках Δ><0, а в частном случае Δ = 0.
Определение расходов воздуха и тепла на сушку определяется графически с помощью I-х диаграммы и аналитически (применяется в отдельных случаях). Графический способ наиболее распространён.
Кинетика сушки
 |
|
Кинетика сушки характеризуется изменением во времени средней влажности материала. Состоит из периодов: АВ – период нагрева материала; ВС – период постоянной скорости сушки. Влажность интенсивно уменьшается. 
- первая критическая влажность. СД – период падающей скорости сушки. Точка перегиба Д соответствует второй критической влажности 
. В конце второго периода влажность материала асимптотически приближается к равновесной.
 |
Скорость сушки
Скорость сушки 
определяется с помощью кривой сушки путём графического дифференцирования.
В конкретном случае вид 
может отличаться от приведённого (зависит от формы и структуры материала, формы связи влаги). Соответственно меняется зависимость v=f(WC) (см. рис). СВ – период постоянной скорости; СЕ – II период (падающая скорость); т.С – первая критическая влажность, т.Д – вторая критическая влажность.