Тепловой и материальный баланс процесса сушки

3.5.2 Тепловой и материальный баланс процесса сушки

При известной производительности по сухому продукту G₂, равной 143 кг/ч, и конечной влажности по сухому продукту U₂, равной 1 %, количество испаренной влаги определяют как:

W = G₂∙[(U₁-U₂)/(100-U₁)],(3.5.2.1)

где U₁ - начальная влажность слюды, влажность после процесса центрифугирования, равная 30 %.

W = (143/3600)∙[(30 - 1)/(100-30)] =(3.5.2.2)

= 0,0164 кг/с.

Расход исходного материала:

G₁ = G₂ + W,(3.5.2.3)

G₁ = (143/3600) + 0, 0164 = 0,056 кг/с. (3.5.2.4)

Конечное влагосодержание для теоретической установки находим по h-x диаграмме влажного воздуха (рисунок 3.5.2.1). Необходимо построить процесс сушки. Построение производится по расчетным параметрам наружного воздуха φ₀ и t₀, состояния сушильного агента перед камерой x₁ и t₁ и его температуры на выходе из сушильной установки t₂.

Точка 0 на рисунке 3 соответствует состоянию воздуха, поступающего в топку. Условно процесс в топке и камере смешения изображается прямой 0-1. Точка 1 определяется по температуре t₁ и рассчитанному влагосодержанию х₁. От точки 1 проводим линию h = const до изотермы t₂ и определяем конечное влагосодержание х'₂ для идеальной (без теплопотерь) сушильной установки. х'₂ = 0, 115 кг/кг .

Расход теплоносителя на испарение 1 кг влаги в теоретической сушилке:

ℓ₁ = 1 / (х'₂ - х₁),(3.5.2.5)

ℓ₁= 1 / (0, 115 - 0, 024) = 10, 99 кг/кг влаги.(3.5.2.6)

Расход теплоты на испарение 1 кг влаги в теоретической сушилке:

q₁ = ℓ₁ (h₁ – h₀),(3.5.2.7)

где h₁ - энтальпия газов перед сушильной установкой, равная 400 кДж/кг, h₀ - начальная энтальпия воздуха, равная 38 кДж/кг.

q₁ = 10, 99 (400 - 38) = 3978 кДж/кг влаги.(3.5.2.8)

Рисунок 3.5.2.1. Нахождение х'₂ и x₂ по h-x диаграмме влажного воздуха

Количество теплоты, необходимое для испарения 1 кг влаги и подогрева продукта от начальной до конечной температуры q_м с учетом теплопотерь в окружающую среду q₅ определяется из уравнения теплового баланса:

q = ℓ₁ (h₁ – h₀) + q₅ + q_м – t₀∙CH₂O, кДж/кг влаги, (3.5.2.9)

где ℓ₁(h₁ – h₀) - расход теплоты для теоретической сушилки;

q_м - расход теплоты на нагрев материала;

q₅ - потери теплоты в окружающую среду;

t₀∙CH₂O - физическая теплота влаги, вводимая с материалом, подлежащим сушке.

Тогда отклонение процесса в реальной сушильной установке от идеальной может быть определено:

∆ = t₀∙CH₂O - q₅ - q_м , кДж/кг влаги. (3.5.2.10)

Потери теплоты в окружающую среду:

q₅ = 0,1 q₁, (3.5.2.11)

q₅ = 0,1∙3978 = 398 кДж/кг.(3.5.2.12)

Потери теплоты на нагрев материала:

q_м = (G₂∙с_с/W)∙( t₂ - t_с ), (3.5.2.13)

где c_с - теплоемкость сухой слюды, равная 0, 88 кДж/кг,

t_с - начальная температура слюды, равная 20°С;

q_м = ((143/3600)∙ 0,88 / 0,0164)∙(100 - 20) = (3.5.2.14)

= 170 кДж/кг.

Тогда отклонение процесса от теоретического по (3.5.2.10):

∆ = (1,49+0,00016∙20)∙20 - 398 - 170 = (3.5.2.15)

= 538 кДж/кг.

Переходим к построению реального процесса сушки (рисунок 3.5.2.1). Для этого из точки 2 на рисунке 3.5.2.1 откладываем отрезок вниз, равный ∆/ℓ₁ = 49 кДж/кг (точка 3). Из полученной точки проводится прямая 1-3. Конечная точка действительного процесса определяется пересечением данной политропы с изотермой t₂. Далее определяем энтальпию газов на выходе из сушильной установки и истинное значение влагосодержания x₂: x₂ = 0,095 кг/кг.

Расход теплоносителя на испарение 1 кг влаги в реальной сушильной установке:

ℓ = /(х₂ - х₁),(3.5.2.16)

где х₁ - влагосодержание теплоносителя на входе в сушильную камеру при заданной температуре t₁ = 330° С, равное 0, 024 кг/кг.

ℓ= 1/(0,095 - 0,024) = 14,08 кг/кг влаги.(3.5.2.17)

Массовый расход свежего теплоносителя:

L = ℓ∙W,(3.5.2.18)

L = 14,08∙0,0164 = 0,23 кг/с.(3.5.2.19)

Тогда расход теплоты на сушку:

Q = L(h₁ – h₀), (3.5.2.20)

Q = 0,23∙(400 - 38) = 83,3 кВт.(3.5.2.21)

Расход топлива при сушке дымовыми газами с учетом потерь теплоты в камере сгорания:

В = Q / Q^c_н∙1, 05 ,(3.5.2.22)

B = (83,3 / 35742,31)∙1,05 = 8,64 м³/ч. (3.5.2.23)