Уравнение для определения количества удаляемой влаги в процессе сушки (4 видео)

Расчет сушильных устройств

При влажности измельчаемых материалов более 2% сухой помол их значительно затрудняется: влажный материал налипает на мелющие тела и броневую установку, засоряет проходные отверстия меж камерных перегородок, что резко снижает производительность мельниц. Поэтому осуществляют помол с одновременной сушкой или предварительно материал высушивают в специальных сушильных аппаратах.

Сушильная производительность мельниц, сушильных барабанов и других установок определяется количеством испаряемой влаги. Ее обычно характеризуют удельной паронапряженностью (количеством воды, испаряемой 1 м 3 рабочего объема сушильного барабана, мельницы и т.п. за 1 час).

При расчете сушильных барабанов, шаровых мельниц, используемых для одновременного помола и сушки, удельная паронапряженность А принимают равной: при сушке доменного гранулированного шлака 40-50 кг/м . Исходя из заданной производительности (количество воды, которую нужно удалить из материала за 1 ч, кг), требуемой внутренний объем сушильного барабана рассчитывают по формуле:

W — количество влаги, удаляемой из материала за 1 ч, кг;

А — удельная паронапряженность, кг/куб. м*ч;

s₁— масса материала, поступающего в барабан, кг/ч;

s₂— масса материала, выходящего из барабана, кг/ч;

w₁ — начальная относительная влажность материала, %;

w₂ -конечная относительная влажность материала, %

Удельный расход тепла в сушильных барабанах и мельницах на испарение 1 кг воды составляет 3500-5000 кДж СМ 2,0 * 12

Уравнение для определения количества удаляемой влаги в процессе сушки

Расчет пылеосадочных систем

Обеспылевание отходящих газов и аспирационного воздуха необходимо для уменьшения загрязнения пылью окружающей местности, создания нормальных санитарных условий в производственных помещениях, а также для повышения эффективности производства: возврат пыли сокращает расход сырья, топлива и электроэнергии.

Запыленность газов, выходящих из пылеулавливающих аппаратов при осуществлении в них подсоса воздуха (работа под разряжением), или при утечке газов (работа под давлением), определяют по формуле:

где Z_вых и Z_bx — запыленность газов до и после пылеулавливающего аппарата, г/м 3 ;

n— степень очистки (КПД) пылеосадочного аппарата, %.

Степень очистки наиболее часто применяемых пылеосадочных аппаратов составляет: циклонов и батарейных циклонов — 0,8-0,85, рукавных фильтров -0,95-0,98.

Запыленность воздуха и газов, отбираемых от технологического оборудования примерно следующая: отходящих газов сушильных барабанов -20-40 г/м 3 , аспирационного воздуха мельниц — 50-200 г/м 3 , газо-воздушных смесей при пневматической транспортировке вяжущих — 800-1000 г/м .

Запыленность отходящих газов сушильных барабанов после очистки составляет:

Z_вых=100(1- Ö(85/100))= 7,8 г/м 3 циклонов

Z_вых=7,8(1- Ö(98/100))= 0.08 г/м 3 рукавных фильтров

Количество аспирационного воздуха, отсасываемого от мельниц,

определяется по формуле:

Vвоз = 3600 * S * Vo, м 3 /г

S — площадь свободного сечения барабана мельницы, равная 50% от номинальной, кв.м; S=(π*d 2 /4)*0,5 = 6,28

Vo — скорость отсасываемого воздуха в мельнице, м/с, при нормальном аспирационном режиме составляет 0,6 — 0,7м/с

V_воз=3600*6,28*0,6 =13564,8 м 3 /ч

Выбираем циклон НИИОгаз серии НЦ-15:

Диаметр -1200 мм

Объем бункера- 1,1 куб.м

Рукавный фильтр РВ-3:

Площадь фильтрующей поверхности — 200 кв.м

Производительность -14400 куб.м/ч

Мощность электродвигателя — 2,4 кВт

Ориентировочно количество газов, отсасываемых из сушильных барабанов и мельниц, на 1 кг испаряемой влаги можно определить, исходя из уравнения:

Учитывая температуру газов, отходящих из сушильного устройства,

а также дополнительный подсос воздуха в газоходах,

принимаемый равным 50% от объема теплоносителя,

общий объем выходящих газов на 1 кг испаряемой влаги составляет:

Q — количество тепла, затрачиваемое на испарение 1 кг влаги из материала,

кДж (составляет 3000-6000 кДж/кг)

с — средняя объемная теплоемкость газов 1,31-1,47

t₁, t₂ — температура газов, соответственно при входе и выходе из сушильного

барабана или мельницы, С 1,5 — коэффициент, учитывающий подсос воздуха

V_вх= 1.5(4000/1.4*700)*(273+150)/273=9,5 м 3

Q = 9,5* 1,31 * 700 = 8711,5кДж/кг.

Общий объем аспирационного воздуха, отсасываемого из сушильного барабана, определяют по формуле:

Пч вх — количество влажного материала, кг/г

Пч сух — количество сухого материала, кг/г.

Vвоз = 9,5 * (23080 — 19450) =34504 м3/г

Технологическое оборудование выбрано исходя из технологии производства и материала. Оборудование соответствует требуемой производительности цеха и удовлетворяет всеми параметрами.

6. Расчет расхода энергоресурсов технологического оборудования

где W_г — годовой расход электроэнергии

T_г_i — годовой фонд чистого рабочего времени

N_i — номинальная мощность оборудования

К энергетических ресурсам относят топливо, пар, электроэнергию и сжатый воздух, необходимые для выполнения технологических операций.

Потребность в технологическом паре, сжатом воздухе и т.п. определяют по округленным показателям на единицу готовой продукции цеха по нормам технологического проектирования предприятий промышленности вяжущих веществ, типовым проектам и показателям, полученным на передовых предприятиях, выпускающих аналогичную продукцию.

Расчет электроэнергии устанавливают расчетным путем, исходя из технических характеристик основного и транспортного оборудования.

№ п/п	Основное оборудование и его наим. с электродвигателем	Кол-во единиц оборудо-вания	Мощность электродвигателя КВт	Коэфф. использ. времени	Коэфф. загруже ния по мощности	Часовой расход электро энергии с учетом коэфзки по мощ-ностиф. использ ования и загру
Единица	общая
6
Трубная мельница	0,85	0,8
Сушильный барабан	0,85	46,75
Щековая дробилка	0,85	0,54	11,48
Ленточный конвейер	4,6	9,2	0,85	7,82
Ленточный конвейер	2,3	4,6	0,85	0,41	1,6
Ленточный конвейер	2,3	2,3	0,85	1,96
Ковшовый элеватор	0,85	11,9
Ковшовый элеватор	0,85	0,5	3,4
Тарельчатый питатель	5,5	0,85	9,35
Тарельчатый питатель	2,2	4,4	0,85	0,5	1,87
Пневматический транспорт	0,85	0,91	33,33
Рукавный фильтр РВ-3	0,85
Вентилятор ВМ-13	0,85	29,8
Вентилятор ВМ-15	0,85	80,75
Итого	2535,01

Потребность цеха в энергетических ресурсах

№ п/п	Наименование энергетических ресурсов	Единицы измерения	Расходы
в час	в смену	в сутки	в год
Электроэнергия	кВт. ч	2535,01	20280,08	40560,16	10626761,9

Удельный расход электроэнергии:

Эуд=10626761,92/250000= 42,5

Видео:Основы теории сушки. Суркова Н. АСкачать

Расчет и выбор сушильного оборудования

Сушкой называется процесс удаления влаги из веществ (обычно твердых тел).

По физической сущности сушка является процессом совместного теп» ломассопереноса и сводится к перераспределению и перемещению влаги под воздействием теплоты из глубины высушиваемого материала к его поверхности и последующему ее испарению.

Классификация сушилок. Существуют различные конструкции аппаратов, предназначенных для сушки, они классифицируются по ряду признаков.

Для рассмотрения основных групп сушилок, применяемых в химико-фармацевтической промышленности, ограничимся классификацией по способу организации процесса и состоянию слоя высушиваемого материала. По этому принципу все сушильные аппараты можно разделить на: сушилки периодического действия с неподвижным или движущимся плотным слоем материала и сушилки непрерывного действия со взвешенным слоем.

Несмотря на общую тенденцию в промышленности к переходу на применение сушильного оборудования непрерывного действия, позволяющего интенсифицировать и механизировать процесс, сушилки периодического действия не утратили своего значения. В химико-фармацевтической промышленности, где многие производства относятся к разряду малотоннажных, применение этих сушилок, как показывает мировая практика, в ряде случаев оправдано.

К сушилкам периодического действия можно отнести полочные и барабанные сушилки.

Сушилки непрерывного действия со взвешенным слоем предназначены для сушки сыпучих материалов со свободной и слабосвязанной влагой, которые рассыпаются в процессе подсушки в потоке воздуха или инертного газа.

Процесс сушки проходит в условиях активных гидродинамических режимов взаимодействия между продуктом и теплоносителем. Применение таких процессов дает возможность легко вводить и выводить твердый продукт из зоны сушки, при этом достигается равномерное распределение твердой фазы в слое и его равномерное прогревание. Аппараты с активными гидродинамическими режимами наиболее полно удовлетворяют таким условиям, как: 1) достижение высоких технико-экономических показателей; 2) высокая интенсивность тепло и массообмена; 3) возможность настраивания на режимы, близкие к оптимальным для каждого конкретного продукта.

Сушильные аппараты непрерывного действия, по характеру движения в них материала, можно разделить на сушилки с пневмотранспортом материала (пневматическая и аэрофонтанная сушилки); сушилки с закрученными потоками (циклонная и вихревая); сушилки с кипящим слоем материала и распылительные сушилки.

В некоторых случаях перед сушилкой устанавливают подсушиватель. Использование двухступенчатых и комбинированных .сушилок в. одной установке позволяет обеспечить рациональные гидродинамические режимы и технологические условия сушки продуктов до необходимой остаточной влажности и расширяет область применения сушилок со взвешенным слоем.

Отдельную группу сушилок составляют вакуум — сублимационные сушилки, предназначенные для сушки термолабильных материалов.

Расчет сушильных аппаратовпроизводится в следующей последовательности: 1) по требуемой производительности составляют материальный баланс процесса сушки с определением часового количества испаряемой влаги, сухого продукта и т.д.; 2) составляют тепловой баланс с определением расхода тепла, топлива, пара, сушильного агента и т.д.; 3) исходя из заданного режима сушки и расходов агента сушки, определяют необходимую поверхность тепло— и массообмена, обеспечивающую заданную производительность сушилки. По величине поверхности тепло — и массообмена находят габариты сушильной камеры и определяют необходимое количество сушильных аппаратов.

Материальный баланс сушки.Производительность сушилки по высушиваемому продукту G_вл_*мат определяют из материального баланса стадии (операции), с учетом числа операций в сутки :

Где G_вл.мат — суточная производительность по высушиваемому продушу, кг. Количество свободной влаги, испаряемой в процессе сушки W, будет равно:

где: G_{сух.мат}—количество высушенного материала (с учетом примесей), кг;

W_H и W_K— начальная и конечная влажность, масс. доли.

Тепловой баланс контактной сушки. При контактной сушке высушивание материала происходит путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку, поэтому расчет контактной сушилки сводится к определению необходимой поверхности теплообмена.

Тепло, передаваемое через стенку, расходуется на нагревание высушиваемого материала до температуры сушки Q_H и собственно на сушку, т.е. на испарение влаги из материала Q_исп и на потери в окружающую средуQ_пот :

Q= Q_H + Q_исп+Q_пот, кДж

Количество тепла, необходимое для нагрева материала, определяют как:

Q_H=

где: G —суточное количество высушенного материала, кг;

W_сут— суточное количество удаляемой влаги, кг;

с_мат и с_вл — теплоемкость высушенной части материала (с учетом примесей) и влаги, кДж/кг -К;

t_нач — начальная температура высушиваемого материала, °С;

t_с.нач – начальная температура сушки, соответствующая температуре кипения влаги при данном давлении, °С;

t_с.кон – конечная температура сушки, °С.

Количество тепла, необходимое для испарения влаги, определяется следующим образом:

Q_исп=

где Н—энтальпия паров, образующихся при сушке, при конечной температуре сушки, кДж/кг.

Если обогрев производят паром, то расход последнего определяется из следующего соотношения (в кг):

Где H_п и Н_к — энтальпии пара и конденсата, кДж/кг.

Тепловой баланс воздушной сушки. При конвективной сушке высушивание материала производится путем непосредственного его соприкосновения с сушильным агентом, в качестве которого чаще всего используют нагретый в калорифере воздух.

Расход сухого газа (воздуха) на сушку определяют из уравнения:

где x₂ и х₂ — влагосодержание газа на входе в калорифер и выходе из сушильной камеры в расчете на 1 кг абсолютно сухих газов, кг. Начальное влагосодержание газа определяют по уравнению:

где: М_п и М_сг — молярные массы пара и сухого газа, г/моль;

— относительная влажность воздуха;

Р_нп — давление насыщенного водяного пара, кгс/см 2 ;

П— общее давление паровоздушной смеси, кгс/см 2 .

Для пляжного воздуха = 0,622.

Если температура влажного воздуха выше температуры насыщения водяного пара, при общем давлении П, то Р_и.п=П и

X=0.622

Конечное влагосодержание газа можно определить по диаграмме Рамзина или аналитическим методом, совместным решением системы уравнений:

где: Н₁ и Н₂—энтальпия воздуха на выходе из калорифера и на выходе из сушильной камеры, кДж/кг сухого воздуха;

q_пот — удельные потери тепла в окружающую среду (q_пот = 125 420 кДж на 1 кг влаги в зависимости от влажности материала; меньшую величину принимают для высоковлажных материалов); 1,01 и 1,97 — удельные теплоемкости сухого воздуха и водяного пара при постоянном давлении, кДж/кг-К; 2493 — удельная теплота парообразования воды при О °С, кДж/кг; t₂—температура воздуха на выходе из сушильной камеры, °С.

где t₁— температура воздуха на выходе из калорифера, °С. Если для нагрева воздуха используют паровой калорифер, то расход пара в нем составит (в кг):

где: — коэффициент полезного использования тепла в калорифере (0,98—0,99);

Н_r.n, Н_к— энтальпия пара и конденсата, кДж/кг;

H₀ — энтальпия воздуха на входе в калорифер, кДж/кг.

Пример 3.Определить количество воздуха, необходимого для сушки изоксазолкарбоновой кислоты (ИКК).

Описание технологического процесса. 208,25 кг влажной пасты ИКК (влажность 20 %, содержание основного вещества в пересчете на сухой остаток 98 %) сушат при температуре 135—140 °С до остаточного содержания влаги не более 0,3%. Получают 167,11 кг изоксазолкарбоновой кислоты с содержанием основного вещества не менее 98 % в пересчете на сухой остаток. Количество операций в сутки 1,43.

1. Определяем суточное количество влаги W, удаляемое из высушиваемого материала по формуле:

2. Запишем уравнение теплового баланса для воздушной сушки:

Примем q_пот = 125 кДж/кг влаги, C_вл = 4,19 кДж/кг.

Начальная температура воздуха 135 °С. Примем конечную температуру воздуха 60 °С. Температуру материала примем на 2 °С меньше температуры отработанного воздуха. Тогда температура материала в слое равна 58 °С. Начальную температуру влажного материала примем 20 °С.

В 167,11 кг высушенной ИКК содержится 0_,3 % влаги, что составляет 167,11 • 0,003 = 0,5 кг. .Масса сухого остатка: 167,11-0,5= 1.66,61 кг. В нем содержится 98 % ИКК и 2 % примесей. Теплоемкость ИКК с_шт = 1,27 кДж/моль. Теплоемкость примесей принимаем по ИКК.

3. Определяем начальные параметры воздуха (влагосодержаниехи энтальпию Н) при температуре 20 °С и давлении П = 1 кгс/см 2 .

Примем влажность воздуха 80 %.

При t = 20 °С давление насыщенного пара Р_нас = 0,0238 кгс/см 2 .

сухого воздуха,

где t_Q—начальная температура воздуха, °С.

При нагревании воздуха до 135 °С его влагосодержание остается постоянным (0,0121 кг влаги/кг сухого воздуха), а энтальпия возрастает до:

Н₁ =(1,01 + 1,97 -0,0121)135 + 2493 -0,0121 = 169,73 кДж/кг

6. Определяем параметры отработанного воздуха. Для этого необходимо решить два уравнения:

Х₂ — 0,0395 кг влаги/кг сухого воздуха.

Н₂ = (1,01 +1,97*0,0395)60 + 2493*0,0395 = 163,74 кДж/кг

7. Оперделяем расход воздуха на сушку:

Видео:Инновационные энерготехнологии сушкиСкачать

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, 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;
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.

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.