|
|
ИПИ. Исследование режимов работы сушильных устройств (сушильные установки)
q л
С0 • 6пр
V
100
T
т2
100
T — T
T1 — T2
T — T
T1 — T2
4
4
Интенсивность сушки при этом определяется с помощью теплоты фазового превращения влаги г
m = qn / г .
При радиационной сушке нагрев материала и испарение из него влаги происходит в результате поглощения лучистой энергии, испускаемой высокотемпературным источником. Известно, что
влажные материалы представляют собой капиллярно-пористые тела, вглубь которых частично проникают тепловые инфракрасные лучи. Проникновение лучистой энергии вглубь материала способствует более равномерному его нагреву по толщине, что позволяет увеличить интенсивность тепломассообмена. Мощность теплового потока при радиационной сушке в 30 - 70 раз больше по сравнению с конвективной.
ИК- излучатели применяют в целлюлозно-бумажном производстве для подогрева влажного полотна перед прессованием с целью снижения вязкости воды, используют как бесконтактный способ подвода теплоты после клеильного пресса или меловальной установки во избежание загрязнения поверхности сушильных цилиндров. Позонная установка ИК- излучателей позволяет регулировать профиль влажности по ширине бумажного полотна за счет дополнительно подводимой тепловой энергии в те места, где содержание влаги превышает допустимые значения.
Сушке инфракрасными лучами подвергаются лаки и эмали, нанесенные на поверхность различных изделий. Широко применяются комбинированные методы сушки, при которых инфракрасный нагрев совмещается с конвективным тепломассообменом. Кинопленка сушится радиационно-конвективным способом.
При сушке инфракрасными лучами в псевдоожиженном слое зернистых материалов (нитрофоски, силикагеля и др.) производительность сушилок возрастает в 2-3 раза.
Конструкции терморадиационных сушильных установок
В качестве источников ИК- излучения используют длинноволновые (более 4 мкм) газовые (беспламенные горелки) или электрические ИК-излучатели с оболочкой из пористой керамики или динасового огнеупора с температурой излучающей поверхности 300 - 800 °С, а также панели, обогреваемые высокотемпературными продуктами сгорания. Средневолновые ИК- излучатели (2 - 4 мкм) с телами накала из вольфрама или нихрома обычно изготавливают трубчатыми в оболочке из кварцевого стекла, с температурой 900 - 1200 °С. Коротковолновые излучатели (0,8^2 мкм) выполняют в виде кварцевых галогенных ламп с температурой от 2200 °С и выше.
Применение того или иного типа излучателя зависит от множества факторов: свойств сушимого материала, его влажности, доступности электроэнергии или горючего газа.
Известно, что влажные материалы в области малых длин волн имеют прерывистый спектр поглощения и, соответственно, низкую поглощательную способность [7]. Однако, чем больше длина волны, тем меньше глубина проникновения ИК- лучей [8].
На основании сравнительного анализа спектров излучения нагретых панелей и спектров поглощения бумаги ученые [9] пришли к выводу, что оптимальная температура излучателя находится в пределах 600 - 700 °С, а наиболее эффективным оказывается использование инфракрасного излучения в периоде прогрева и постоянной скорости сушки.
На рис. 6.2 представлен блок радиационно-конвективной сушильной установки, который состоит из съемных электрических ИК- излучателей, вентилятора, воздуховодов, всасывающего и выхлопного патрубков. ИК- излучатели выполнены в виде отдельных модулей, состоящих из профильных динасовых пластин, внутри которых расположены электрические спирали.
Рис. 6.2. Блок радиационно - конвективной сушильной установки:
1 - вентилятор; 2 - регулирующие шиберы; 3 - забор свежего воздуха; 4 - выброс отработанного воздуха; 5 - инфракрасные излучатели; 6 - обдув полотна бумаги; 7 - полотно бумаги
Основным источником энергии для испарения влаги является теплота, излучаемая ИК- модулями, расположенными на расстоянии 25 - 50 мм над поверхностью бумажного полотна. Для ассимиляции водяных паров служит сушильный воздух, который нагревается за счет обтекания внутренней поверхности излучателей, одновременно
охлаждая электрические контакты, после чего подается на влажное полотно с температурой 125 °С. Для поддержания определенного влагосодержания часть отработанного воздуха выбрасывается в атмосферу, и такое же количество свежего воздуха подается в систему. В случае обрыва и при заправке полотна вся конструкция отводится от поверхности материала с помощью подъемных механизмов.
Потребляемая электрическая мощность такого устройства составляет 50 кВт на 1м , интенсивность испарения влаги при этом
л
достигает 50 кг/(м ч). Подобные устройства являются эффективным средством для интенсификации испарения влаги и коррекции профиля влажности по ширине полотна на бумаго- и картоноделательных машинах.
Ламповые сушилки отличаются безынерционностью. В качестве излучателей в них используются зеркальные лампы мощностью 250 и 500 Вт с параболическими рефлекторами и вольфрамовой нитью с пониженной температурой накаливания до 2500 К.
Схема ламповой сушилки для подсушки полимеров приведена на рис. 6.3.
Полимерный материал из бункера 1 поступает на многорядный наклонный вибротранспортер 2, который заключен в кожух 3. Материал пересыпается с полки на полку под действием вибраторов 4
Рис. 6.3. Схема ламповой сушилки
и подсушивается за счет излучения ламп 5, установленных на неподвижных опорах 6. Толщина слоя материала 25^30 мм,
Расстояние от материала до ламп 280 мм.
При расчете количества ламповых излучателей плотность потока излучения Е при расположении ламп по вершинам прямоугольника можно найти по формуле
e = рл ■ и ■ а, / I 2 ,
Расстояние между лампами l=д/рГи^а/Е ,
где Рл - мощность лампы, Вт; иэ = 0,7 ^ 0,85 - коэффициент эффективности источника излучения; а, - коэффициент многократных отражений
ао = 1/(1- Рк ■ Рм ■ Ф) , где рк = 0,2 - коэффициент отражения камеры; рм = 0,5 - коэффициент отражения материала; ф = 0,7 ^ 0,8 - доля потока, отраженного камерой.
При шахматном расположении ламп
По плотности излучения E можно определить количество ламп
n = Е " Робл / (рл " иэ ■ 3q ■ Лл) ,
где F^ - площадь облучаемой поверхности изделий, м2; пл = 0,7^0,75
энергетический КПД лампы.
При расчете темного излучателя (панельного типа) его мощность можно найти по формуле, где КПД излучателя птем=0,8^0,9
При известном коэффициенте конвективного теплообмена ак плотность излучения можно найти по следующей формуле
где A - поглощательная способность материала; S = F/F^ - отношение площадей полной поверхности к облучаемой ее части, при
одностороннем облучении листового материала S = 2; 9 2 и ^ - соответственно, максимальная или установившаяся температура материала и температура окружающего воздуха в сушилке, °С.
2
интенсивность излучения 1,5 кВт на 1 м поверхности материала.
Е = рл ■ и3 ■ а, / (0,87 ■ l 2) ,
тем
Е = S ■ ак ■ (92 - 1в) / A ,
При расчете ИК- сушки покрытий расходом теплоты на испарение растворителя можно пренебречь (так как лучистая энергия тратится в основном на нагревание изделия и потери в окружающую среду). В этом случае продолжительность сушки п (ч) можно найти из уравнения теплового баланса [8]
D В + D-(3- t„) ’
В = 3,6 ■ А ■ Е / (S ■ см ■ рм ' ^мХ D = 3,6 " ак / (см рм ^мХ
где см - теплоемкость облучаемого тела, кДж/(кгК); рм, ом - соответственно, плотность (кг/м2) и толщина (м) облучаемого тела;
о и 9 2 - соответственно, начальная и конечная (установившаяся) температура материала, °С.
Контрольные вопросы по главе 6
Что происходит согласно закону Планка при повышении температуры излучателя?
У какого вида излучения наибольшая длина волны?
Какие лучи обладают большей проникающей способностью?
Чему равна поглощательная способность серого тела?
Как называется суммарное излучение, проходящее через произвольную поверхность F в единицу времени?
Какому значению равен коэффициент излучения абсолютно черного тела?
В каком диапазоне длин волн сосредоточено ИК-излучение?
От чего зависит излучательная способность тела?
Каким законом определяется связь между максимальной длиной волны Xmax и температурой излучающей поверхности Т?
Каким законом определяется полное количество энергии, излучаемое 1 м2 нагретой поверхности абсолютно черного тела в единицу времени?
От чего зависят коэффициенты облученности ф 12, ф 21 ?
Какую поглощательную способность имеют влажные материалы в области малых длин (менее 2 мкм) волн?
Какое тело называется абсолютно черным?
В каком из периодов сушки бумаги использование ИК-излучения оказывается наиболее эффективным?
К какому типу излучателей относятся кварцевые галогенные лампы?
Что такое насыщенный пар?
Что такое перегретый водяной пар?
Что такое температура точки росы?
Что такое температура смоченного термометра?
Когда температура по сухому термометру выше температуры смоченного термометра?
Что такое термовлажностное отношение или угловой коэффициент процесса?
Что такое испарение?
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Бельский А.П. Проектирование и эксплуатация тепломассообменных сушильных установок: учеб. пособие/ЛТА. Л., 1992.
Лебедев П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок. -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963.
Жучков П.А. Тепловые процессы в целлюлозно-бумажном производстве. -М.: Лесная промышленность, 1978.
Лыков А. В. Сушка в химической промышленности. -М.: Химия, 1970.
Расчет и проектирование барабанной сушильной установки: метод. указания /сост. В.Ю. Лакомкин, А.П. Бельский; СПб ГТУРП. СПб., 1994.
Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. -М.: Энергия, 1977.
Лыков А. В. Теория сушки. -М.: Энергия, 1968.
Лебедев П.Д. Сушка инфракрасными лучами. -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1955.
Бельский А.П. Расчет и проектирование сушильной части бумагоделательных машин: учеб. пособие / СПбГТУРП. СПб., 2000.
Расчет и проектирование пневматической сушильной установки: метод. указания / сост. В.Ю.Лакомкин , Л.В. Зысин; СПбГТУРП. СПб., 1994.
Нестеренко А.В. Основы термодинамических расчетов вентиляции и кондиционирования воздуха. -М.: Высшая школа, 1971.
Красников В.В. Кондуктивная сушка. -М.: Энергия, 1973.
Оборудование для систем вентиляции: Каталог оборудования. -М.: Климатвентмаш, 2004.
|
|
|
Скачать 2.36 Mb.