Варианты конвективной сушки материалов

1. Сушильный аппарат с подогревом воздуха внутри сушильной камеры.

Рассмотрим основные преимущества процесса сушки с подогревом воздуха внутри сушильной камеры. Будем считать, что обычный теоретический процесс сушки АВС (рисунок 1) осуществляется с расходом тепла в подогревателе, который равен АВМ₁ и 1 кг воздуха, поступающего в сушильный аппарат. Но данное тепло может подаваться не только в подогреватель, некоторая его часть может поступать в сушильную камеру. Предельный случай - если всё тепло подаётся в сушильную камеру. Данный процесс будет протекать по линии АС. Между этими двумя предельными положениями линий сушки (ВС и АС) могут располагаться линии процессов с последовательно возрастающим количеством тепла, подаваемого в подогреватель. Процесс сушки, соответствующий линии АВС показывает случай, при котором в сушильный аппарат подаётся количество тепла, необходимое для возмещения потерь в окружающий воздух. Среди промежуточных положений высушивания можно выделить линию В₁С, совпадающую с изотермой, которая проходит через точку С. Таким образом, в данном случае процесс сушки будет осуществляться при неизменной температуре. Некоторая доля тепла при этом поступает в калорифер, а оставшаяся – в сушильную камеру.

Рисунок 1 - Процесс в сушилке с подогревом внутри камеры.

Поскольку во всех процессах сушки и первоначальное, и конечное состояние воздуха не изменяется, удельный расход этого воздуха также остаётся постоянным: l = I/(x₂ - x₀).




Удельный расход тепла в калорифере (в кДж на 1 кг воды) абсолютно во всех процессах также не изменяется:

Рисунок 2 - Принципиальная схема сушильного аппарата с промежуточным подогревом воздуха.

Именно поэтому все процессы сушки являются одинаково экономичными. Тем не менее, процесс сушки с подогревом воздуха внутри сушильной камеры имеет значительное преимущество, поскольку он может происходить при более низкой температуре. Это особенно важно при высушивании продуктов, не выдерживающих очень высокой температуры.

2. Сушильный аппарат с промежуточным подогревом воздуха.

Снизить температуру воздуха при сушке можно путём осуществления высушивания другим способом, то есть с промежуточным подогревом воздуха. Схема устройства сушильного аппарата подобного типа представлена на рисунке 2, а непосредственно сам процесс сушки при данном способе - на рисунке 3.

Рисунок 3 - Процесс сушки с промежуточным подогревом на I-x диаграмме.

Сушильный агент, отработанный в первой камере, следует в первый промежуточный подогреватель, а затем, уже нагретый, - подаётся в сушильную камеру. Отработанный сушильный агент из второй камеры подогревается во втором промежуточном подогревателе и следует в третью сушильную камеру и так далее.

На рисунке 3 представлена схема, когда вертикальные отрезки AB₁, С₁В₂, С₂В₃ и С₃В₄ представляют подогрев в главном и в трёх промежуточных подогревателях, когда сушильный агент при выходе из сушильных камер имеет температуру t и ∆=0. Удельный расход воздуха в таком сушильном аппарате составляет l/(х₁-х₀), а удельный расход тепла q=(i₁-i₀)/(x₂-х₁). Расход тепла и воздуха может быть таким же и в обычном процессе АВС, однако, при температуре, намного выше данной.

3. Сушильный аппарат с возвратом отработанного воздуха.

На рисунке 4 изображена схема сушилки с возвратом отработанного воздуха. Доля отработанного сушильного агента с параметрами (φ₂, t₂, х₂, i₂) соединяется с чистым воздухом с параметрами (φ₀, t₀, х₀, i₀). Данная смесь подаётся в сушильный аппарат. На I-х диаграмме такой вариант представляется следующим образом (при А=0), что видно на рисунке 5. Точка М, соответствующая данной смеси, расположена на прямой, которая соединяет точки А и С. Она разделяет отрезок АС на части, обратно пропорциональные перемешиваемым массам количества воздуха в состоянии А и С. Далее смесь направляется в подогреватель, где нагревается до состояния, изображаемого точкой В. Процесс, происходящий в сушильной камере, изображается линией ВС. Равный ему по производительности, нормальный процесс сушки изображается линиями АВ₁С. Сравнивая его с рассматриваемым нами процессом , можно сделать вывод, что в процессе сушки с возвратом отработанного воздуха расход воздуха будет значительно больше, поскольку (х₂-х_с)<(х₂-х₀).

Удельный расход теплоты в подогревателе при нормальном процессе будет составлять (i₂-i₀)/(х₂-х₀).

При процессе с возвратом воздуха удельный расход теплоты составит: (i₂-i₁)/(х₂-х₀). Однако (i₂-i₀)/(х₂-х₀)=(i₂-i₁)/(х₂-х_с), что следует из равенства треугольников AB₁C и МВС (х_с -  содержание влажности в смеси).

Рисунок 4 - Принципиальная схема сушилки с возвратом отработавшего воздуха.

Рисунок 5 - Процесс сушки с возвратом отработанного воздуха на диаграмме.

Процесс сушки с возвратом отработанного воздуха широко используется при высушивании продуктов, требующих использования бережного режима сушки, таких, как мармелад, пастила, макароны и им подобные. При этом повышенное частичное давление водяных паров в циркулирующем воздухе снижает главную движущую силу всего процесса, в результате чего он замедляется. Такой вариант сушки даёт возможность достаточно точно и гибко регулировать температуру воздуха и его влажность в сушильном аппарате.




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.