Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Промышленное освоение высокотемпературного метода сушки водяным паром началось в 60-х годах нынешнего века. Здесь прежде всего следует отметить исследования, которыми доказана высокая эффективность применения перегретого пара для сушки лесоматериалов. Из опыта известно, что применение высокотемпературной среды является наиболее реальным способом интенсификации процесса сушки [6]. Анализ процесса сушки показывает, что факторы, приводящие к ускорению процесса, вместе с тем могут отрицательно влиять на качество сушки, поэтому, когда вопросы качества сушки играют основную роль, повышение температуры сушильного агента должно сопровождаться повышением влажности. В связи с этим обсуждаются достоинства и недостатки применения перегретого пара по сравнению с другими теплоносителями в качестве сушильных агентов.
К достоинствам процесса сушки перегретым паром относится, например, то, что пар этот повышает тепловую экономичность процесса: снижается удельный расход тепловой энергии, поскольку появляется возможность не только свести к минимуму тепловые потери с выбросами в атмосферу за счет замкнутой циркуляции пара, но и утилизировать большую часть тепловой энергии, затраченной на испарение влаги из материала. Сушилки, работающие по замкнутому контуру движения сушильного агента, полностью оправдали себя при эксплуатации в деревообрабатывающей промышленности.
Рис. 27. Интенсивность превращения воды в перегретый пар () и воздух
(- - - -) при скорости движения пара в автоклаве 1 м/с (1) и 3 м/с (2)
Расход тепловой энергии на сушку 1 м3 древесины в среде пара на 25—30 % меньше, чем при сушке воздухом. Применение перегретого пара позволяет значительно повысить температуру материала (выше 100 °С), в результате чего увеличивается пластичность материала, уменьшаются градиенты влагосодержания в нем по сравнению с сушкой воздухом (при той же температуре). Это ведет к уменьшению усадки и деформации материала. Повышение средней температуры материала положительно влияет на изменение его термодинамических характеристик и коэффициентов, переноса влаги в материал. Испарение влаги из материала переходит в ее выпаривание. При этом значительно увеличиваются коэффициенты тепло- и влагообмена в процессе сушки. Все это приводит к интенсификации процесса сушки. Из рис. 27 следует, что преимущество пара перед воздухом должно в большей мере оказываться в области высоких температур. В связи е этим производительность сушильных установок резко повышается, поскольку сокращается длительность процесса сушки. В результате снижаются (в два раза) капиталовложения в сооружение сушилок, создаются возможности уменьшения эксплуатационных расходов (примерно на 40 %). В перегретом паре отсутствует свободный кислород. Этот факт имеет большое значение при сушке материалов покрытий. Сушка материалов под давлением в среде перегретого пара позволяет улучшить свойства продукции, например повысить механическую прочность и водостойкость. При сушке перегретым паром необходимость регулирования влагосодержания среды отпадает, потому что температура мокрого термометра остается постоянной. Управление процессом сводится лишь к регулированию температуры перегрева, что позволяет легко автоматизировать процесс сушки. Одним из недостатков сушильной установки на перегретом паре является необходимость ее тщательной герметизации, в связи с чем возникает проблема непрерывного ввода и вывода материала. В последнее время метод сушки перегретым паром находит все более широкое применение как в отечественной, так и в зарубежной промышленности.
Экспериментально доказано, что если сушить изделия в паровой среде под давлением, то можно получить необходимую температуру материала, поддерживая соответствующее давление в автоклаве (рис. 28). Нагрев изделия в автоклаве осуществляется за счет излучения теплоты от встроенного внутри теплообменника или обогреваемых снаружи стенок. При этом вода частично испаряется из изделия и давление в автоклаве постоянно повышается. Когда давление достигает заданного значения, избыточный пар из автоклава удаляется, т. е. давление в нем поддерживается на заданном уровне. Таким образом, сушка происходит при постоянном давлении. При этом процессы структурообразования и сушки протекают одновременно в одном аппарате, что позволяет значительно сократить длительность тепловой обработки. Сушка и гидротермическая обработка при этом протекают очень интенсивно.
В последнее время были проведены исследования сушки перегретым паром при давлении, превышающем атмосферное. Установлено, что вначале на кривых сушки наблюдается участок, где влагосодержание увеличивается. Это объясняется конденсацией пара на поверхности материала. Период постоянной скорости сушки протекает при температуре материала, равной температуре насыщения пара. При повышении давления температура материала возрастает, что приводит к резкой интенсификации фазового превращения; испарение влаги переходит в выпаривание. При этом происходит качественное изменение механизма влагообмена и главную роль в переносе влаги начинает играть не диффузионный, а молярный (макроскопический) перенос влаги.
Рис. 28. Схема автоклава для сушки под давлением
1 — редукционный клапан; 2 — манометр; 3 — вентилятор; 4 — теплообменник;
5 — перфорированный лист
Основной движущей силой становится градиент давления. С увеличением давления (следовательно, с повышением температуры материала) увеличивается интенсивность внутреннего парообразования, в связи с чем избыточное давление повышается. Все это приводит к увеличению скорости сушки. Увеличение скорости движения паровой среды в автоклаве также существенно влияет на продолжительность сушки. Установлено, что при увеличении скорости пара в автоклаве от 1 до 8 м/с скорость сушки в первом периоде увеличивается в 2,4 раза. Продолжительность сушки изделия до влажности 70% при этом сокращается в 1,5 раза. В этом случае для первого периода сушки:
Nu=6,7Re0,35.
В теплообменник может также подаваться ВОТ от специальных котлов. Нагревательные панели теплообменника иногда размещают вдоль автоклава на месте перфорированных панелей. При этом расход условного топлива на 1 м3 изделий:
где Q – общий расход тепловой энергии на автоклав от котельной с контуром ВОТ; Кц - коэффициент, учитывающий тепловые потери в циркуляционном контуре ВОТ (при 10% потерь Кц = 1,1); ε – коэффициент заполнения автоклава по изделиям, %; η – КПД котельной с ВОТ;
Расход теплоты на 1 кг испаряемой влаги:
W – количество испаряемой влаги.
Сбрасываемый из автоклавов пар целесообразно использовать в соседних автоклавах, находящихся в периоде подъема давления, системах отопления и др. Если это мероприятие осуществляется, то мы имеем снижение расхода топлива на 1 м3 изделий.
где - удельная энтальпия сбрасываемого пара; К1 – коэффициент использования сбрасываемого пара; если теряется 30% теплоты, то К1 = 0,30.
Удельный расход условного топлива в этом случае:
тогда:
Дата публикования: 2015-02-03; Прочитано: 4368 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!