Материальный баланс сушилки

Материальный баланс сушилки играет большую роль в расчётах процесса сушки. Сначала необходимо определить начальное ω₁ и конечное ω₂ влагосодержание продукта.

Влажность можно представить как отношение общего количества влаги W в материале к сумме W+G_сух. Или же как отношение общего количества влаги W в материале к количеству абсолютно сухого вещества G_сух.
Следовательно, влажность в % можно определить как:

Абсолютная влажность в % выражается так:

При необходимости связать общую и абсолютную влажность используют следующие формулы:

Ведём следующие обозначения:
G₁ – количество влажного продукта, входящего в сушилку, кг/ч;
G₂ – количество высушенного материала, выходящего из сушилки, кг/ч;
W – количество влаги, удаляемой из продукта.
Количество абсолютно сухого вещества можно определить по формуле (5):

Используя это уравнение, вычислим количество высушенного продукта:

Таким же образом определим количество продукта, поступающего на сушку:

По формуле (8) определим количество влаги, которое удаляется из продукта:

Так же можно воспользоваться формулой (9):

Выполняя расчёт сушильных установок, необходимо производительность сушилок относить по влажности или высушенному продукту к единице объёма сушильной камеры или поверхности нагрева. Эта величина называется напряжением сушилки. Она зависит от типа сушильного аппарата, влажности продукта и др. факторов.
Введём следующие обозначения:
V – объём сушильной камеры, м³;
– время сушки, ч.

Найдём объём сушильной камеры по влагосодержанию, кг/(м³×ч):

Для контактных сушилок напряжение поверхностного нагрева по влаге определяют по формуле (11), кг/(м³×ч):

где F – площадь поверхности нагрева, м²;
      W – количество удаляемой влаги, кг.

Баланс влаги в сушилке.

Пользуясь уравнениями материального баланса сушилки, можно найти расход сушильного агента (воздуха) в сушилке. Для этого необходимо составить уравнение баланса влаги.
Если принять, что процесс сушки является установившимся и отсутствуют потери влаги, то она поступает в сушильную камеру с продуктом и сушильным агентом, а выводится с высушенным продуктом и отработанным сушильным агентом. В этом случае уравнение баланса влаги можно записать в следующем виде:

где L – количество абсолютно сухого воздуха, который необходим для процесса сушки, кг/ч;
      d₁ и d₂ – влагосодержание сушильного агента (воздуха) на входе и выходе из сушильной камеры, г/кг сухого воздуха.
Удельный расход сухого воздуха на 1 кг испаряемой влаги равен l=L/W. Отсюда определим удельный расход сухого воздуха, кг/кг:

Калорифер нагревает воздух от температуры t₀ до температуры t₁. При этом количество влаги в сушильной камере остаётся неизменным, т.е. d₀=d₁. Исходя из этого запишем формулу (13) в виде:

Тепловой баланс сушилки.

Запишем уравнение теплового баланса процесса сушки в реальной сушилке:

где I₀, I₂ – теплосодержание наружного и отработанного воздуха, ккал/кг;
      с_ВЛ, с_М”, c_ТР – удельная теплоёмкость влаги, высушенного продукта и транспортных устройств соответственно, ккал/(кг×˚С);
     - температура влаги и продукта на входе в сушильную камеру, ˚С;
     - температура продукта на выходе из сушильной камеры, ˚С;
      G₂, G_ТР – масса высушенного продукта и транспортных устройств, кг/ч;
      Q_К – тепло от калорифера, ккал/кг;
      Q_Д – тепло от дополнительных нагревателей, ккал/ч;
      Q_П – теплопотери в окружающую среду, ккал/ч.
Запишем уравнение теплового баланса сушилки для 1 кг испарившейся влаги:

Отсюда удельный расход тепла в калорифере будет равен, ккал/кг:

Возможно применение формулы (18):

где I_i – теплосодержание сушильного агента на выходе из калорифера.

Приняв, что:

представим уравнение теплового баланса в следующем виде:

Уравнение (19) описывает внутренний тепловой баланс в сушильной камере и является характеристикой отклонения реального процесса сушки от теоретического.
Запишем уравнение теплового баланса для теоретической сушилки, которая не имеет потерь тепла, т.е. :

При этом l·I₁=l·I₂, т.е. I₁=I₂=const. Отсюда следует, что в теоретической сушилке теплосодержание воздуха постоянно на входе и выходе из сушилки.

Материал подготовлен по книге "ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СУШКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ", О.В. Чагин, Н.Р. Кокина, В.В. Пастин : Иван. хим. - технол. ун-т.:Иваново. 2007. 138 с.