4.4. Сушка топочными газами.

В химической промышленности, помимо воздушной сушки, широко применяется сушка топочными газами. В качестве топлива могут быть использованы твердые, жидкие или газообразные вещества.

Однако, для обеспечения высокой чистоты дымовых газов, а, следовательно, и продукта, в качестве топлива применяются в последнее время только жидкие или газообразные вещества.

Принципиальная схема сушильной установки для сушки топочными газами представлена на рис. 4.4.

В топочной камере 1 (камере сгорания) сгорает топливо при некотором коэффициенте избытка воздуха. Образующиеся дымовые газы поступают в камеру смешения 2, где смешиваются с наружным воздухом, количество которого зависит от требуемой температуры газо-воздушной смеси t₁. Смесь с температурой t₁ поступает в сушилку 3 и выходит оттуда с температурой t₂.

B

U^’, t^’’_M

Рис. 4.4 Схема сушки топочными газами: 1 – топка; 2 – камера смешения; 3 – сушильная камера.

Газовая сушилка более экономична, чем воздушная. Стоимость 1 кг топочного газа примерно в два раза меньше стоимости 1 кг СА в воздушной сушилке (при тех же параметрах сушильного агента), что обусловлено: дороговизной производства водяного пара высокого давления, используемого в калорифере воздушной сушилки.

Скорость сушки выше при сушке топочными газами за счет большей температуры сушильного агента в сушильной камере. Понятно, что такой способ сушки не применим для термолабильных веществ.

Рассмотрим последовательность расчета основных параметров процесса сушки влажных материалов топочными газами.

1. Расчет удельного теоретического расхода кислорода первичного воздуха на сжигание 1 кг топлива в топке согласно реакциям горения отдельных элементов топлива, .

2. Расчет теоретического расхода первичного а.с.в. на сжигание 1 кг топлива с учетом массового содержания кислорода в воздухе (23,2%),

3. Расчет удельного действительного расхода первичного а.с.в. с учетом коэффициента избытка воздуха (около 1,2), .

4. Расчет влагосодержания топочных газов на выходе из камеры сгорания на основании уравнения материального баланса топки из расчета на 1 кг сухих топочных газов, .

5. Расчет энтальпии топочных газов на выходе из топки на основании уравнения теплового баланса камеры сгорания,

6. Определение температуры топочных газов на выходе из топки по найденным значениям влагосодержания и энтальпии т.г. с помощью энтальпийной диаграммы,

7. Расчет удельного массового расхода с.т.г. на выходе из топки, на основе уравнения материального баланса топки.

8. Построение линии смешения вторичного воздуха с топочными газами в камере смешения в поле энтальпийной диаграммы.

9. Определение параметров топочных газов на выходе из камеры смешения по заданной температуре t₁ с помощью энтальпийной диаграммы (по точке пересечения линии смешения с изотермой).

10. Расчет удельного расхода вторичного а.с.в. в камере смешения на основании уравнения материального баланса камеры по влаге,

11. Построение линии идеальной сушки при известном значении относительной влажности на выходе из сушильной камеры, .

12. Определение параметра сушки (суммы удельных потерь теплоты в сушильной камере).

13. Построение линии сушки при известных параметрах первой точки и известной относительной влажности СА на выходе из сушильной камеры.

14. Расчет удельного расхода сухих топочных газов в сушильной камере по известным значениям влагосодержания в т.т. «1» и «2»,

15. Расчет потока удаляемой влаги в сушильной камере по известным значениям влажности материала и расхода сухого материала, .

16. Расчет потребного массового расхода сухих топочных газов в сушильной камере по известным значениям удельного расхода с.т.г. и потока удаляемой влаги,

17. Расчет потребного расхода топлива.

Рис. 5.4 Диаграмма I – x процесса сушки топочными газами: O-T – линия смешения топочных газов со вторичным воздухом в камере смешения; 1-2 – линия сушки в сушильной камере.

5.4. Кинетика сушки. Задачи кинетики сушки. Форма связи влаги с материалом.

Скорость процесса сушки зависит от множества факторов: природы высушиваемого материала и влаги, температуры процесса, скорости движения сушильного агента над поверхностью материала, геометрии материала, конструкции сушильной камеры, а также от формы связи влаги с материалом.

В рамках кинетики сушки решается несколько задач: определение механизма процесса сушки; определение скорости сушки и ее продолжительности. Решение первой задачи позволяет определить оптимальный режим процесса сушки. Решение второй задачи способствует определению размеров сушильного аппарата.

Различают следующие формы связи влаги с материалом:

а) механическая связь – связь твердого вещества с поверхностной влагой в произвольных соотношениях; такая влага, удерживаемая силами механического сцепления, называется поверхностной или свободной, наиболее легко удаляемая;

б) физико-химическая связь – связь обеспеченная осмотическими, капиллярными и сорбционными силами; осмотические силы значимы при высокой влажности материала, перемещение влаги происходит в виде жидкости; капиллярные силы проявляют себя при средней влажности, влага перемещается в виде пара и жидкости; сорбционные силы действенны при низкой влажности материала, перемещение влаги происходит в парообразном состоянии;

в) химическая связь – строго в определенных количественных соотношениях, является наиболее прочной (кристаллогидраты).

Влага, удерживаемая физико-химической и химической связями, носит общее название – связанная влага.

Примечание. Осмос (толчок, давление) – диффузия вещества (обычно растворителя) через полупроницаемую перегородку.

Давление насыщенного пара над вогнутой жидкой поверхностью всегда меньше чем над плоской поверхностью при той же температуре. Чем больше кривизна вогнутого мениска, тем больше понижается давление пара.