Тепловой баланс сушилки

Принципиальная  схема  конвективной  сушилки: 1 — камера сушилки; 2 — вентилятор; 3 — воздухоподогреватель; 4 — дополнительный воздухоподогреватель в камере сушилки.

Чтобы составить тепловой баланс сушилки по теплу, которое передано установке (см. рисунок), нужно учитывать, что подводимое к сушилке тепло для общих случаев будет складываться из (тепла нагревания сушильного агента) и (дополнительно подводимого тепла).

Чтобы составить тепловой баланс необходимо ввести обозначения:

– средняя удельная теплоемкость в (Дж/кг·К): сушильного агента; влаги; которая удаляется в процессе сушки; самого продукта и транспортировочных устройств сушилки;

– соответственно температура воздуха до его попадания в воздухоподогревательное устройство и на выходе из сушилки, °С;

– температура продукта перед входом в сушилку и на выходе из нее, °С;

– вес транспортных механизмов, кг;

– температура транспортного механизма на входе и выходе из сушильной установки, °С;

– энтальпия водяного пара в свежем воздухе и отработанном, Дж/кг.

Баланс тепла выражают так:

Приход:			Расход:
С сушильным агентом			С сушильным агентом
С обрабатываемым материалом			С готовой продукцией
С влагой, которая удаляется из продукта			С удаленной из продукта влагой
Физическое тепло транспортных механизмов			Физическое тепло нагретых транспортных   механизмов
Подводимое тепло			Потери тепла в атмосферу

 
Тепловой баланс выражается следующим равенством:    

(1)

Будем решать уравнение (1) по подводимому теплу Q.             

(2)

   
Исходя из этого уравнения можно сказать, на что тратится тепло, которое подводится в сушилку:
1) расход тепла с уходящим сушильным агентом:

2) на процесс испарения влаги из продукта:

3) на нагрев высушенного материала:

4) на нагрев транспортных механизмов:

5) в атмосферу .

Исходя из этого уравнение (1) может принять вид:

(3)

Чтобы можно было сравнивать работу различных видов сушильных установок, лучше всего тепловой расчет вести на 1 кг испаренной влаги.

В уравнении (2) разделим все члены на величину W, которая обозначает количество испаренной влаги, и обозначим через строчные буквы удельный расход тепла и сушильного агента. В результате получится:

(4)

      
Теперь проведем преобразование первых двух членов уравнения (4) исходя из того, что теплоемкость влажного воздуха рассчитывается по формуле , энтальпия пара , а удельный расход воздуха . Получаем:

 
или

Теперь нужно сложить и вычесть из правой части только что полученного уравнения и провести небольшие преобразования, в результате получим:

Теперь известное значение подставляем в уравнение (4), получаем:

,

(5)

здесь – сумма удельных расходов тепла в подогревающем воздух устройстве и сушильной установке.

Введем обозначение разницы величин:

Исходя из этого, уравнение (5) приводится к виду:

Рассчитаем количество тепла , которое вносится сушильным агентом:

,

(*)

здесь – тепло воздуха из атмосферы,

– тепло, которое получил воздух в воздухоподогревателе.

Из (*) , а значит

.

(6)

Вынесем за скобки и, подставив , поучим уравнение вида:

Учитываем, что , окончательно выражение принимает вид:

(7)

Данное уравнение является уравнением теплового баланса сушильных камер конвективного типа.

Для контактных сушилок используется уравнение (2). В нем первый член, а именно . Это так в связи с тем, что в контактной сушилке сушильным агентом воздух не является.

, которая входит в уравнение теплового баланса, может быть со знаком плюс, минус или равна 0.

Исходя из уравнения (7) можно сказать, что:
когда энтальпия воздуха, который является сушильным агентом, возрастает, т.е. ;
когда энтальпия уменьшается, т.е. ;
когда энтальпия не изменяется, т.е. .

Последний вариант наблюдается при сушке в адиабатических условиях. В таком случае тепловых потерь нет. Здесь

(8)

Поэтому такую сушилку называют теоретической. Сушка в ней осуществляется адиабатически при : влага, которая испаряется из продукта, передает сушильному агенту столько же тепла, сколько этот агент ему сообщает, охлаждаясь тем самым для испарения влаги.

В некоторых случаях такие условия сушки могут быть и в реальной сушилке, когда приход тепла равен потерям , т.е. .

Материал подготовлен по книге "ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ", А.Н. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Каган; Издание 2-е, дополненное и переработанное; Москва: "Государственное научно-техническое издательство химической литературы", 1962 г. и другим источникам.