Интенсификация тепло- и влагообмена в существующих конвективных и радиационных сушилках

Практический интерес представляют процессы сушки с рециркуляцией, которая позволяет интенсифи­цировать испарение влаги из материала. Многие кон­вективные сушилки работают с рециркуляцией дымовых газов. Увеличить расход воздуха и среднее значение теп­лообменного потенциала (Е) можно и в сушилке с одно­кратным насыщением воздуха путем уменьшения отно­сительной влажности отработанного воздуха. Однако это связано со снижением экономичности процесса.

В этом случае снизить расход тепловой энергии можно лишь при помощи регенерации тепловой энергии.

Для рециркуляционного процесса удельный расход тепловой энергии

— удельный расход тепловой энергии в основном пе­риоде (без рециркуляции); , — общий расход воз­духа в рециркуляционном и основном процессах; к — показатель степени числа Рейнольдса в критериальной формуле конвективного теплообмена.

Рис. 34. Процесс сушки с однократной цир­куляцией воздуха и регенерацией тепловой энергии АВ' — подогрев воздуха в регенеративном теплообменнике; ВВ' — нагрев воздуха в паровых ка­лориферах; СС' — охлаждение отработанного воздуха

Однократная циркуляция изображена на рис. 34. Увеличение кратности циркуляции приводит к уве­личению конвективного коэффициента теплоотдачи, т. е. к интенсификации процесса сушки. Интенсивность суш­ки также может быть достигнута за счет увеличения температуры теплоносителя.

Для конвективной сушилки коэффициент теплоотдачи определяется из критериального уравнения

где Gu — критерий Гухмана;

(Тс, — температура воздуха по сухому и мокрому тер­мометрам).

Коэффициент массообмена для конвективной су­шилки

где — скорость воздуха над материалом, м/с.

При высокой температуре влажного материала ( °С) доминирующим является молярный перенос пара. В этом случае потенциал массообмена

где , — текущее и равновесное влагосодержание на поверхности тела.

Поток влаги на поверхности тела

Интенсивность радиационного (лучистого), теплообмена определяется по закону Стефана — Больцмана:

где — температура поверхности материала; — температура излучателя; — приведенная степень чер­ноты излучателя и влажного тела.

Вследствие большого теплового потока, вызывающе­го большие температурные градиенты, радиационную сушку используют для сушки мелкозернистых материа­лов. На практике в основном применяется радиационно- конвективная сушка.

Расход топлива в радиационно-конвективной сушилке (с однократным использованием топочных газов)

,

где — высшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; — КПД топки.

Расход топлива в радиационно-конвективной сушилке с рециркуляцией дымовых газов

Экономия топлива при переводе сушилки на рецир­куляционный режим Время сушки в первом периоде (скорость сушки ) где — количество абсолютно сухого материала, кг; F — площадь поверхности высушиваемого материала, м²; N — интенсивность сушки (количество влаги, удаляемой с 1 м² поверхности в час), кг/(м²-ч); — критическое влагосодержание материала, кг/кг; —начальное влагосодержание материала, кг/кг. Время сушки во втором периоде ( k— опытный коэффициент).

*ln /

где — конечное влагосодержание материала, кг/кг; — равновесное влагосодержание материала, кг/кг.

Интенсификация теплообмена в сушилках: трубча­тых, барабанных, ленточных, с сопловым обдувом — до­стигается за счет увеличения коэффициента теплоотдачи. В конечном счете увеличение КПД сушилок позволяет получить значительную экономию топлива.

Основные расчетные зависимости теплообмена:

а) для трубчатой сушилки

где — средняя концентрация материала в сушилке, кг/кг; — конечная влажность, %; — максималь­ная влажность материала, %; практически = 1;

б) для барабанной сушилки

где f, s — коэффициенты, зависящие от конструкции внутреннего устройства сушилки; для сложных внутрен­них устройств в виде отдельных секторов с лопастями f = 190, s = 0,8; для внутренних устройств, состоящих из ячеек без лопастей, f = 58, s = 0,2; — средний диаметр частиц, м; ( — массовая скорость газов, от­несенная к площади сечения сушилки, кг/(м²*с); п — ча­стота вращения сушильного барабана, об/мин.;

в) для сушилки с сопловым обдувом материала

г) для ленточной сушилки

Nu = 0,106Re при 20 < Re < 200;

Nu = 0,61Re⁰-⁶⁷ при Re > 200.

В общем случае можно выделить следующие основ­ные направления интенсификации и повышения экономичности сушки: улучшение термоаэродинамических па­раметров сушильного агента (температура, скорость); рыхление сушильного агента и придача ему сыпучих свойств; предварительная подсушка материалов; вибра­ция частиц и пульсация газового потока; применение локальных высокоскоростных газовых потоков. (Интен-

Рис. 35 Кривые сушки материала Рис. 36. Кривые скорости сушки

начальная, равновесная и критическая влажность материала; АВ — прогрев; ВС — I период сушки (период постоянной скорости); CD — II период сушки (период падающей скорости)

сивность испарения увеличивается при нормальном на­правлении потока газовоздушной струи относительно по­верхности испарения по сравнению с параллельным по­током; это объясняется разрушением пограничного слоя. В последнее время для этих целей используются трубы Вентури.)

Кривые сушки материала показаны на рис. 35, 36.