Занятие № 21. Конвективная сушка

Учебные цели:

1. Рассмотреть процесс конвективной сушки.

2. Изучить тепловой баланс конвективной сушильной установки.

Вид занятия: лекция

Время проведения: 2 часа

Место проведения: ауд. ________

Литература:

1. Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов / Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев. - 3-е издание. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 550 с.

Учебно-материальное обеспечение:

Плакаты, иллюстрирующие учебный материал.

Структура лекции и расчет времени:

№ п/п	Структура занятия	Время, мин.
1. 2. 3.	Повторение пройденного материала на лекции №20 Учебные вопросы: 1. Конвективная сушка. 2. Тепловой баланс конвективной сушильной установки. Заключение

1. Конвективная сушка

Наибольшее распространение в промышленности для обезвоживания материалов получили конвективные сушиль­ные установки. Теплота для сушки материалов в них передается конвекцией от горячего газообразного сушильного агента к влажному материалу. Сушильный агент одновременно служит не только теплоноси­телем, но и влагопоглотителем, поскольку уносит из сушильной установки образовавшиеся, в процессе сушки пары влаги. В качестве су­шильного агента используют воздух, топочные и другие инертные по отношению к высушиваемому материалу газы (азот, гелий, диоксид
углерода и др.), перегретый водяной пар или пар удаляемого из мате­
риала растворителя.

При выборе сушильного агента следует учитывать прежде всего тех­нологические особенности сушки. Использовать инертный сушиль­ный агент следует, если пары удаляемой из материала жидкости взрыво- или пожароопасны и т. д. В случае возможности использования не­скольких сушильных агентов следует руководствоваться технико-эко­номическими соображениями.

Воздух - наиболее дешевый и широко используемый сушильный агент. Его применение особенно эффективно, если сушимый материал не ухудшает свои свойства в присутствии кислорода и не подвержен разложению при высоких температурах. Экономически оправдано на­гревание воздуха до 500 °С в теплообменниках из жаропрочной стали и до 800-1000 °С в регенеративных теплообменниках.

Топочные (дымовые) газы целесообразно использовать при сушке термостойких материалов, не изменяющих качественные показатели при соприкосновении с продуктами горения топлива. Чем выше температура используемых топочных газов, тем интенсивнее процесс сушки, тем компактнее сушильная установка. Диапазон температур топочных газов 250-1200°С. Для сушки используют дымовые газы из топок про­изводственных котельных, из котлов ТЭЦ, нагревательных, плавильных и обжиговых печей или сооружают специальные топочные устройства, в которых сжигают топливо и отходы технологического производства.

Азот используют в качестве сушильного агента редко и в тех слу­чаях, когда по тем или иным причинам нежелателен контакт сушимого материала или паров удаляемой влаги с кислородом. Поскольку азот получают в специальных воздухоразделительных установках, применя­ют его в сушилках, работающих по замкнутому циклу. Экономически оправданный уровень начальных температур этого сушильного агента около 400 °С. В аналогичных случаях можно применять в качестве су­шильного агента гелий. Коэффициенты теплоотдачи от гелия сущест­венно выше, чем от воздуха или азота, но, с другой стороны, стоимость получения гелия выше, чем азота. Поэтому в таких случаях требуется тщательный технико-экономический анализ.

Для сушки многих капиллярно-пористых материалов целесообразно и экономически выгодно применять в качестве сушильного агента пере­гретый водяной пар атмосферного давления из специального источника или перегретый пар удаляемой из материала влаги растворителя. Ис­пользование в качестве сушильного агента перегретого водяного пара атмосферного давления имеет ряд термодинамических, технологических и технико-экономических преимуществ по сравнению с воздухом или топочными газами:

1) возрастают коэффициенты внутреннего переноса теплоты и мас­сы вследствие более высокой (равной температуре насыщения при дан­ном давлении) температуры материала;

2) повышаются движущая сила перекоса массы (разность концен­траций у поверхности материала и в ядре потока сушильного агента) и коэффициент самодиффузии молекул пара в пар в пограничном слое, что обеспечивает более высокие плотности потока массы при удалении свободной влаги;

3) интенсифицируется внешний теплообмен перегретого пара с ма­териалом

4) повышенная температура материала способствует снижению кри­тического влагосодержания, увеличению длительности первого периода сушки;

5) появляется возможность применения высокотемпературного су­шильного агента вследствие отсутствия в нем свободного кислорода (исключено возгорание, окисление материала);

6) снижаются капитальные и эксплуатационные затраты, так как
удельная объемная теплоемкость перегретого водяного пара на 20—30%
выше, чем воздуха

7) уменьшается удельный расход теплоты за счет реализации за­мкнутой циркуляции сушильного агента и утилизации" большей части теплоты.

Наиболее существенно преимущества перегретого пара проявляются при температурах выше 150-180 °С, причем чем выше температура, тем более эффективно применение перегретого пара.

2. Тепловой баланс конвективной сушильной установки

При проектировании сушильных установок составление ма­териального и теплового балансов позволяет установить расходы су­шильного агента, теплоты, тепловую экономичность установки, измене­ние параметров сушильного агента и т. д. Результаты балансовых рас­четов в совокупности с кинетическими характеристиками процесса суш­ки являются исходными данными для конструктивного расчета установ­ки и ее отдельных узлов.

Рассмотрим тепловые балансы для наиболее распространенных сушилок: конвективной и контактной.

Таким образом, тепловой баланс сушилки позволяет определять суммарные затраты теплоты, тепловую мощность генератора теплоты, расходы сушильного агента (при заданном температурном режиме) или температуру и влагосодержание сушильного агента на выходе (при за­данном расходе сушильного агента), а также тепловую экономичность сушилки q.

Составление теплового баланса для сушилок, работающих периодически, проводят на один цикл их рабо­ты. При существенном изменении температуры воздуха на входе в су­шилку и выходе из нее в течение цикла работы сначала составляют тепловой баланс для отдельных промежутков времени, в течение ко­торых эти температуры могут быть приняты неизменными, а затем сум­мируют приходные и расходные статьи балансов в целом за цикл ра­боты. В этом случае помимо статей расхода теплоты, указанных при составлении теплового баланса непрерывно действующей - сушилки, учитывают расход теплоты на разогрев ограждений сушилки, охлаж­дающихся в период ее останова. Точные расчеты потерь теплоты на разогрев ограждений и в окружающую среду необходимо выполнять с учетом нестационарности, режима протекающих в них процессов.