Сушильные установки. Назначение и виды обезвоживания
Сушильные установки. Назначение и виды обезвоживания
При обезвоживании в материале могут происходит происходить структурно-механические, реалагоческие, биологические, биохимические процессы, способствующие повышению прочности материала (дерево, кирпич), увеличению теплоты сгорания (уголь, торф), уменьшению массы и объёма материала, удлинению сроков хранения.
Среди существующих методов выделяют физико-химический, механический и тепловой.
Физико-химический – удаление влаги путём соприкосновения материала с гигроскопическими веществами (хлористый кальций, селикогель). Этот метод используется в малогабаритных производствах или в лабораторных условиях.
Механический – процесс разделения системы жидкость - твёрдое тело происходит под действием механических сил (давление, гравитационные, центробежные).
Тепловой – удаление влаги с подводом теплоты.
Механическое обезвоживание – разделение гетерогенных систем или суспензий до влажности .
Для этого (для разделения суспензий) по способу создания и движущей силы процессы делят на 4 группы:
1. Отстойник.
2. Вакуум-фильтры (перепад давления от 0,02 до 0,07 МПа).
Рекомендуемые материалы
3. Отстойные или фильтрующие центрифуги (перепад давления от 0,1 до 0,3 МПа).
4. Фильтры, работающие под давлением до 1 МПа.
Сушка – совокупность тепловых и массообменных процессов, происходящих внутри влажного материала (внутренняя задача сушки) и за пределами поверхности (внешняя задача сушки). Знание свойств сушки материала позволяет выбрать рациональный метод и режим сушки.
Все сушильные материалы классифицируют:
1. Капиллярно-пористые;
2. Коллоидные;
3. Капиллярно-пористые коллоидные.
1-ая группа: при обезвоживании почти не изменяют свои размеры, при глубоком обезвоживании и механическом воздействии они могут быть превращены в дисперсные материалы (обожжённые керамические материалы, активированный уголь, песок).
2-ая группа: при изменении содержания в них влаги существенно изменяют геометрические размеры, сохраняя эластичные свойства (желатин, мучное тесто).
3-ья группа: эластичны, способны к набуханию при увлажнении и усыхании при обезвоживании. Большинство влажных материалов относятся к этой группе (торф, ткани, кожа, древесина).
Свойства влажных материалов, а также скорость процессов переноса в них зависят от форм связи влаги с материалом.
Согласно классификации, в основу положена энергия связи влаги с материалом, выделяют по порядку убывания энергии связи три формы: химическую, физико-химическую, физико-механическую.
Адсорбционная влага – это влага адсорбционного пара из окружающей поверхностью в порах, пустотах, капиллярах составляющих скелет вещества.
Осмотическая влага – это влага за счёт осмотического давления, вызывающая избирательную диффузию влаги из окружающей среды через полупроницаемую оболочку.
Микрокапилляры – в них длина свободного пробега молекул много меньше диаметра капилляра.
Существует 2 вида сушки:
1. Естественная – за счёт тепла естественного окружающего воздуха, требующая больших площадей, длительности времен и зависит от атмосферного воздействия и времени года.
2. Искусственная – происходит в специальных камерах с подачей в них сушильного агента, который забирает влагу из материала. В качестве сушильного агента используют воздух, смесь дымовых газов с воздухом, пар (в т.ч. перегретый) и минеральные масла.
В зависимости от способа подвода теплоты различают следующие сушильные установки:
1. Конвективные;
2. Кондуктивные;
3. Терморадиационные;
4. Электромагнитные;
5. Комбинированные.
Испарение влаги создаёт перепад влагосодержания между внутренними и поверхностными слоями, что вызывает непрерывное движение влаги в направлении поверхности.
Количество влаги можно определить из уравнения:
, ,
где – поверхность испарения; – время; – барометрическое давление в мм рт. ст.; – коэффициент испарения, зависящий от скорости воздуха; – давление насыщенного пара у поверхности материала; – парциальное давление паров в воздухе, которые омывают поверхность.
Свободная поверхность – та поверхность смачивания, которая позволяет влаге, находится на её поверхности.
При испарении жидкости со свободной поверхности определяется коэффициент теплоотдача: ,
где , где и – температуры сухого и мокрого термометров.
Если , то .
Соотношение между влажность и массой пара.
Существует 2 понятия влажности материала:
1. На общую массу – , в пределах ;
2. На сухую массу – , в пределах .
Из материального баланса следует: ,
где – количество влаги, испарённой со свободной поверхности;
– влага в материале до сушки;
– влага в материале после сушки.
.
Обычно задаются: , , либо .
;
;
;
;
;
;
;
Количество воздуха и тепла, идущего на испарение влаги:
Обратите внимание на лекцию "39 Узкополосные RC-усилители".
;
.
Если обозначить
, тогда
– удельный расход воздуха на кг испарённой жидкости.
.