Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

Н.А. Галактионова
Промышленная экология

Учебное пособие для студентов заочного отделения / Москва: Международный независимый эколого-политологический университет, 2002

Предыдущая

Тема 4. Основные технологические процессы

4.6. Массообменные процессы

4.6.5. Сушка

Наиболее распространенном способом удаления влаги из твердых влажных материалов является сушка. Сушкой называется процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров

Сушка в технике осуществляется двумя основными способами:

а) нагреванием влажных материалов теплоносителем через твердую непроницаемую перегородку — так называемый процесс контактной сушки;

б) нагреванием влажных материалов путем непосредственного контакта с газовым теплоносителем (воздух, топочные газы и др.) — так называемая газовая, или воздушная сушка[12].

Схемы  указанных  способов  сушки  показаны  на  рис. 4.46.

Рис. 4.46. Принципиальные схемы сушки:

а — газовая сушка: 1 — сушилка;   2 — топка или теплообменник; 3 — вентилятор;

б — простая  (контактная)  сушка

Иногда тепло подводится к высушиваемому материалу токами высокой частоты или инфракрасными лучами; указанные способы сушки называют соответственно диэлектрической и радиационной сушкой.

РАВНОВЕСНЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ СУШКИ

Почти каждый твердый материал способен поглощать влагу из окружающей среды  или отдавать ее окружающей среде. Направление течения процесса переноса влаги является наиболее существенным вопросом в практике сушки, так как от него зависит ее режим, условия, в которых влажный материал способен отдавать влагу окружающей среде.

Окружающая влажный материал среда содержит либо водяной пар, либо смесь водяного пара с газами. Обозначим давление водяного пара, когда только он является окружающей средой, через PП, а парциальное давление его в смеси с газами окружающей среды PD.

Влаге,  содержащейся в  материале,  соответствует определенное давление водяного пара РМ, называемое далее давлением  водяного пара

во влажном высушиваемом материале.

Очевидно,  что условием  сушки являются неравенства

РМ, > PП    или     PH , > PD

Давление водяного пара в высушиваемом материале РМ зависит от влажности материала, температуры и характера связи влаги с материалом.

С ростом   влажности   материала  и температуры величина  РМ возрастает. Абсолютное значение   этой  величины зависит   от  характера связи  влаги с   материалом.   Чем   сильнее   эта   связь,   тем   меньше тем меньше при прочих равных условиях давление водяных паров во влажном материале.

Влажность материала, отвечающая условиям РМ = РП или РМ = РD соответствует достижению равновесия.

Кривые, выражающие зависимость между давлением водяного пара во влажном материале РМ температурой и влажностью высушиваемого материала с, показаны на рис. 4.47. Очевидно, что подобные кривые и характеристики высушиваемого материала, позволяющие определить давление водяных паров в высушиваемом материале, необходимы для нахождения основных параметров сушки: температуры, конечной влажности материала и давления водяных паров в пространстве, окружающем высушиваемый материал.

Рис. 4.47. Кривые   равновесной влажности материала

Как было указано выше, величина РМ зависит не только от значения t и с, но и от характера связи влаги с материалом. Различают несколько форм связи влаги с материалом  (в порядке убывающей энергии связи).

Химически связанная влага. Под химически связанной влагой понимают воду гидроокиси, которая в результате реакции гидратации вошла в состав гидроокисей и соединений типа кристаллогидратов. Связь нарушается только в результате химического взаимодействия (иногда в результате прокаливания), и влага не удаляется при сушке.

Адсорбционно связанная влага. Влажность обусловлена адсорбцией воды на наружной поверхности материала и на поверхности его пор. Осмотически связанная влага находится внутри структурного скелета материала и удерживается осмотическими силами.

В этих двух случаях связь воды с материалом имеет физико-химическую природу.

Капиллярно связанная влага заполняет макро- и микрокапилляры. Она механически связана с материалом и наиболее легко удаляется. Давление пара над поверхностью материала тем меньше, чем прочнее связь между водой и материалом. Наиболее прочна эта связь у гигроскопичных веществ, Давление пара над ними наиболее отличается от давления насыщенных паров.

Влажному   материалу   присущи все формы связи   с водой,   и  очень трудно разграничить периоды сушки, соответствующие различным видам связи молекул воды с молекулами вещества. Поэтому экспериментальным путем строят изотермы сорбции, т. е. линии РМS = f(С) при постоянной температуре. Изотермы сорбции позволяют установить связь между влажностью материала и относительной влажностью воздуха, а также определить равновесную влажность при сушке.

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ СУШИЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

Кроме простого приема воздушной сушки, когда воздух нагревается и однократно проходит через сушильную камеру, на практике используют и другие варианты сушки:

-  с многократным промежуточным нагреванием воздуха,

-  с частичным возвратом отработанного воздуха,

-  с многократным промежуточным нагреванием воздуха и частичным возвратом его в отдельных зонах;

-  с замкнутой циркуляцией высушивающего газа

Сушка с многократным промежуточным подогревом воздуха схематически представлена на рис. 4.48. В этом случае обычно принимают верхние и нижние пределы температур воздуха tB и tH. Воздух предварительно нагревается до tВ и после этого взаимодействует с влажным материалом, охлаждаясь до температуры tH. Далее воздух вновь нагревают до температуры tВ  и направляют для взаимодействия с влажным материалом, температура воздуха понижается до tH  и т. д.

Рис.  4.48.  Сушка   с   многократным    промежуточным подогревом  воздуха:

1 —сушильная  камера;  2 — промежуточные нагреватели

Рассмотренный рабочий вариант сушки характеризуется тем, что требуемое количество тепла подводится к высушиваемому материалу при пониженной температуре воздуха.

Сушка с частичным возвратом отработанного воздуха схематически показана на рис. 4.49 исходный воздух смешивается предварительно с частью отработанного воздуха, далее нагревается до требуемой температуры и после этого взаимодействует с высушиваемым материалом. Особенностями этого варианта сушки по сравнению с сушкой при однократном проходе воздуха являются пониженная температура воздуха при контактировании его с влажным материалом, повышенное начальное влагосодержание воздуха и большая массовая скорость воздуха, а следовательно, большая линейная скорость его в сушильной камере.

Рис. 4.49.   Сушка   с   частичным   возвратом   отработанного воздуха:

1 — сушильная камера; 2 — нагреватель; 3 — вентилятор

Сушка с частичным возвратом отработанного воздуха и промежуточными нагреваниями представляет собой сочетание двух рассмотренных выше вариантов. Очевидно, что этот вариант сушки отличается одновременно пониженной температурой воздуха, большим начальным влагосодержанием воздуха и большей линейной скоростью его в сушильной камере (рис. 4.50).

Рис. 4.50.   Сушка с   частичным возвратом   отработанного воздуха   и   промежуточными нагреваниями:
1 —
сушильная камера;  2 — подогреватель

Нетрудно видеть, что рассмотренные рабочие варианты сушильных процессов обеспечивают смягчение условий сушки, т. е. понижение температуры и повышение влажности высушивающего воздуха. Одновременно с этим частичный возврат отработанного воздуха приводит к росту линейной скорости его в сушильной камере, что обеспечивает увеличение скорости сушки.

Сушка с замкнутой циркуляцией высушивающего газа схематически показана на рис. 4.51. Она применяется в тех случаях, когда в качестве высушивающего газа используется чистый и дорогостоящий газ, например водород. Очевидно, что в этих условиях отработанный газ не может быть выпущен в атмосферу и появляется необходимость замкнутой его циркуляции. Полностью насыщенный водяными парами газ нагревается, в результате чего резко снижается его относительная влажность и одновременно возрастает высушивающая способность. После этого газ взаимодействует с влажным материалом, насыщаясь влагой. Увлажненный газ охлаждается до точки росы, и часть находящейся в нем влаги конденсируется. Затем газ вновь направляется на нагревание и сушку.

Рис. 4.51. Сушка с замкнутой циркуляцией высушивающего газа:

1 – сушилка; 2 – конденсатор-холодильник; 3 – водоотделитель; 4 – сборник

Здесь следует особенно подчеркнуть, что, используя тот или ругой рабочий вариант сушки, можно лишь ускорить или замедлить процесс сушки, сделать более мягкими или более жесткими условия проведения процесса, но нельзя существенно повлиять на расход тепла, поскольку последний определяется только начальными и конечными параметрами высушивающего газа..



[12] Газовую сушку часто называют воздушной потому, что в большинстве случаев  в  качестве  высушивающего  газа  используется  воздух.

Предыдущая