Основные параметры влажного газа

При конвективной сушке сушильный агент передает материалу тепло и уносит влагу, испаряющуюся из материала за счет этого тепла. Таким образом, сушильный агент играет роль тепло- и влагоносителя. При про­чих методах сушки находящийся в конктакте с материалом влажный газ (обычно воздух) используется лишь для удаления испарившейся влаги, т. е. выполняет роль влагоносителя.

Влажный газ является смесью сухого газа и водяного пара. В дальнейшем под влажным газом будет подразумеваться только влажный воздух, учитывая, что физические свойства топочных газов и влажного воздуха отличаются лишь количественно. Влажный воздух как влаго- и теплоно­ситель характеризуется следующими основными параметрами: абсолют­ной и относительной влажностью, влагосодержанием и энтальпией (тепло­содержанием).

Абсолютная влажность определяется количеством водя­ного пара в кг, содержащегося в 1 м³ влажного воздуха. С достаточной для технических расчетов точностью можно считать, что влажный воздух подчиняется законам идеальных газов. Тогда водяной пар как компонент газовой смеси (влажного воздуха), находясь под парциальным давле­нием p_n, должен занимать весь объем смеси (1 м³). Поэтому абсолютная влажность равна массе 1 м³ пара, или плотности водяного пара (в кг/м³) при температуре воздуха и парциальном давлении p_n.

Относительной влажностью, или степенью насыщения воздуха φ, называется отношение массы водяного пара в 1 м³ влажного воздуха ρ_п при данных условиях, температуре и общем барометрическом давлении к максимально возможной массе водяного пара в 1 м³ воздуха ρ_н (плотности насыщенного пара) при тех же условиях, к давлению сухого насыщенного пара, которое может быть взято из Международных таблиц водяного пара при данной температуре воздуха.

(6.1)

Если температура воздуха выше температуры насыщения, то макси­мально возможное давление водяного пара будет равно общему, или баро­метрическому, давлению В. В этих условиях

(6.2)

Относительная влажность φ является одной из важнейших характеристик воздуха как сушильного агента, определяющая его влагоемкость, т. е. способность воздуха к насыщению парами влаги.

При нагревании воздуха приблизительно до 100 °С величина p_н, входящая в выражение (6.2), возрастает и соответственно снижается φ; дальнейшее повышение температуры происходит при φ = const. При охлаждении воздуха в процессе сушки, которое сопровождается поглощением влаги из материала, p_н уменьшается, а φ возрастает, в отдельных случаях вплоть до насыщения воздуха (φ = 1).

В процессе сушки воздух увлажняется и охлаждается и соответственно изменяет свой объем. Поэтому использование в качестве параметра воздуха его абсолютной влажности усложняет расчеты. Более удобно относить влажность воздуха к единице массы абсолютно сухого воздуха (1 кг сухого воздуха) — величине, не изменяющейся в процессе сушки.

Масса водяного пара (в кг), содержащегося во влажном воздухе и приходящегося на 1 кг абсолютно сухого воздуха, называется влагосодержанием воздуха:

, (6.3)

где m_п и ρ_n — масса водяного пара и масса абсолютно сухого воздуха в данном объеме влажного m_с.в воздуха; ρ_{с.в .}— плотность абсолютно сухого воздуха.

Энтальпия I влажного воздуха относится к 1 кг абсолютно сухого воздуха и определяется при данной температуре воздуха t (в °С) как сумма энтальпий абсолютно сухого воздуха c_с.в.t и водяного пара xi_в (Дж/кг сухого воздуха)

, (6.4)

При определенном сочетании свойств сушильного агента (t и φ) и скорости его движения относительно материала достигается тот или иной режим сушки в конвективной сушилке. Кроме этих факторов на режим сушки влияет также давление, если оно значительно отклоняется от атмосферного (сушка под вакуумом). Для обеспечения заданных режимов сушки используют различные варианты процесса сушки.

Атмосферный воздух

Подогретый воздух

Отработанный воздух

В сушилке основного варианта, т. е. работающей по основной схеме (см. рис. 6.1), создаются жесткие условия сушки. Это объясняется

Сушильная камера

Рис. 6.1. Принципиальная схема конвективной сушилки непрерывного действия (основной вариант процесса сушки)

тем, что все тепло, необходимое для испарения влаги из материала, подводится однократно (в наружном калорифере) и воздух нагревается

сразу до относительно высокой температуры t₁, являющейся обычно предельно допустимой для высушиваемого материала. При превышении этой температуры возможно разложение материала или ухудшение его качества. При нагреве в калорифере влагосодержание воздуха остается неизменным и резко падает его относительная влажность. Поэтому сушка по основной схеме происходит при значительном перепаде температур t₁ - t₀, в атмосфере воздуха с малым x и низким значением φ. В ряде случаев материалы требуют сушки в более мягких условиях: во влажном воздухе и при более низких температурах. Для этой цели в сушильной технике широко применяют различные варианты процесса сушки.

Принцип "кипящего слоя" широко применяется в устройствах обжига и сушки кусковых и порошкообразных материалов. Печи "кипящего слоя" применяют для обжига извести, мелкозернистого керамзита, перлита. Сушилки "кипящего слоя " в промышленности строительных материалов часто используют для сушки мела.

Процесс сушки распадается на два отдельных процесса.Атмосферный воздух относительной влажности φ₀ и температуры t₀ проходит через калорифер, где его температура увеличивается до t₁. Нагревание воздуха протекает без изменения его влагосодержания (x₀=x₁). После калорифера нагретый воздух поступает в сушильную камеру, где за счет теплоты, отдаваемой воздухом, происходит испарение влаги из высушиваемого материала. Если в сушильной камере нет тепловых потерь и дополни­тельного подвода тепла, то испарение влаги происходит за счет теплоты влаж­ного воздуха. Энтальпия сушильного агента при этом не изменяется. Такой процесс называется теоретической сушкой. В действительном (I=I₀) процессе учитываются всевозможные потери тепла.

Расход воздуха на сушку

,

где W — расход влаги, удаленной из материала, кг/с; x₁ и х₂ — влагосодержание воздуха до и после сушильной камеры, кг/кг.

Расход тепла на сушку определяют как сумму

,

где Q_k=L(I - I₀) — расход тепла в калорифере, кВт;

Q_c.k=L(I₂ - I₁) — расходтепла в сушильной камере, кВт.

Интенсивность работы сушилок может быть оценена по величине удельноговлагосъема:

,

где A — удельный влагосъем, кг/(м³*с); W — расход удаляемой влаги, кг/с; V_с — объем сушильной камеры, м³.