Материальный баланс конвективной сушки.
Материальный баланс имеет целью определение количества (расхода) испаренной влаги и расхода сушильного агента. Его составляют для потоков высушиваемого материала и газа.
При составлении баланса по высушиваемому материалу в качестве исходвых параметров используют влажность (w) и влагосодержание ( ) материала. Обозначив через G1, и G2, расходы искодхого и высушенного материала, w1 и w2 -их влажности, а через W-расход удаляемой из материала влаги, получим материaльный баланс в форме системы из двух уравнений:
(1) по всему веществу
(2) по сухому веществу
Найдем расход удаляемой влаги
(3)
Эта влага в процессе сушки в виде паров поступает в сушильный агент, влагосодержание которого повышается. Таким образом, для газовой фазы можно записать следующее уравнение:
(4) по влаге
где L-расход сушильного агента (газа) кг/с; х1, х2 -влагосодержание газа на входе и на выходе из сушильной камеры в расчете на 1 кг абсолютно сухого газа.
Из уравнения (4) найдем расход сушильного агента, необходимого для сушки:
(5)
В расчетах и анализе процесса сушки используют понятие об удельном расходе сушильного агента (в килограммах газа на 1 кг испаряемой воды):
(6)
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+Gсух. Или же как отношение общего количества влаги W в материале к количеству абсолютно сухого вещества Gсух.
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, м 3 ;
– время сушки, ч.
Найдём объём сушильной камеры по влагосодержанию, кг/(м 3 ×ч):
Для контактных сушилок напряжение поверхностного нагрева по влаге определяют по формуле (11), кг/(м 3 ×ч):
где F – площадь поверхности нагрева, м 2 ;
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;
сВЛ, сМ”, cТР – 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, GТР – масса высушенного продукта и транспортных устройств, кг/ч;
QК – тепло от калорифера, ккал/кг;
QД – тепло от дополнительных нагревателей, ккал/ч;
QП – 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 Ii – теплосодержание сушильного агента на выходе из калорифера.
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.
Материальный баланс сушки
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>
http://www.prosushka.ru/70-materialnyj-balans-sushilki.html
http://lektsii.org/7-57802.html