технол лек 1. Учебник соответствует учебной программе и предназначен для студентов фармацевтических высших учебных заведений и факультетов

• Название: Учебник соответствует учебной программе и предназначен для студентов фармацевтических высших учебных заведений и факультетов
• Анкор: технол лек 1.pdf
• Дата: 27.02.2018
• Размер: 11.39 Mb.
• Имя файла: технол лек 1.pdf
• Тип: Учебник; #15993
• страница: 26 из 32

+д) = і – і) + м –
?
1
) +
+ G
т
C
т
(t т.к
– t т.н
) – в + Q
п
Разделив обе части последнего равенства на W, получим выражение для удельного расхода тепла (на 1 кг испаренной влаги к + q д = і – і) + q м + q т – в + q п, (19.37)
РАСХОД ТЕПЛА
с отработанным воздухом Lі
2
;
с высушенным материалом
G
2
C
м
?
2
;
с транспортными устройствами G
т
C
т t
т.к
;
потери тепла в окружающую среду п Количество исходного влажного материала G
1
в тепловом балансе рассматривается как сумма количеств высушенного материала G
2
и испаренной влаги W.

4 6 где і – і) – количество тепла с учетом всех видов его прихода и расхода, приходящегося на 1 кг испаренной влаги 2
?
2
?
?
?
?
=
–
удельный расход тепла на нагрев высушенного материала t
C
G
q
?.?
?.?
?
?
?
?
=
– удельный расход тепла на нагрев транспортных устройств:
С
в
?
1
– энтальпия 1 кг влаги, поступающей в сушилку и испаряемой из материала удельные потери тепла сушилкой в окружающую среду.
Удельный расход тепла в основном (внешнем) калорифере можно также представить в виде к = і – і. (Подставляя значение q кв уравнение (19.37), находим:
l
(і
1
– і) + q д = і і) + q м+ q т в+ q пили і – і) = q д+ в q м q т q п. (Обозначим правую часть уравнения (19.39):
(q д+ в) – (q м+ q т+ q п) =
?. (Запишем его в следующем виде:
l
(і
2
– і) =
?, (19.41)
l i
i
?
+
=
1 2
. (Входящая в уравнение величина
? выражает разность между приходом и расходом тепла непосредственно в камере сушилки без учета тепла, приносимого воздухом, нагретым в основном калорифере. Величина
? нередко называется внутренним балансом сушильной камеры. Подставив в уравнение (значение l из уравнения (19.34), получим 2
1 2
0 2
1 2
x x
i i
x x
i i
. (Для анализа и расчета процессов сушки удобно ввести понятие о теоретической сушилке, в которой температура материала,
поступающего на сушку, равна температуре сушки, тенет расхода тепла на нагрев материала и транспортных устройств, нет дополнительного тепла в самой сушильной камере и потерь тепла в окружающую среду. Следовательно, для теоретической сушилки д = в q м = q т = q пи согласно выражению (19.40)
? = При этом в соответствии с уравнением теплового баланса) при l
? 0 для теоретической сушилки
і
2
= і, (19.45)

4 6 те. процесс сушки в такой сушилке изображается на i–x- диаграмме линией АВ, для которой і = const (см. рис. 19.2, б).
Указанное означает, что испарение влаги в теоретической сушилке происходит только за счет охлаждения воздуха, причем количество тепла, передаваемого воздухом, полностью возвращается в него с влагой, испаряемой из материала.
В действительных сушилках энтальпия воздуха в сушильной камере обычно не остается постоянной. Если приход тепла в камеру сушилки (q д + в) больше его расходам т + q п, те. величина положительна (19.40), тов соответствии с уравнением (энтальпия воздуха при сушке возрастает (і
2
>і
1
). При отрицательном значении
? энтальпия воздуха при сушке уменьшается и i
2
< Контактные сушилки. Как указывалось, приконтактной сушке тепло материалу передается через стенку, разделяющую ПРИХОД ТЕПЛА
с греющим паром D•і
г
;
с влажным материалом:
с высушенным материалом мс испаренной из материала влагой WC
в
?
1
Тогда тепловой баланс контактной сушилки:
D•і
г
+ м + в = в + м + Wі
в
+ пили D(іг – в) = м –
?
1
) + W(і
в
– в) + п. (материал от теплоносителя.
Теплоносителем приконтактной сушке чаще бывает насыщенный водяной пар. Поэтому тепловой баланс непрерывнодействующей контактной сушилки (рис. будет отличаться от баланса для конвективной сушилки.
В дополнение к обозначениям, приведенным ранее в балансе для конвективных сушилок, примем, что расход греющего пара составляет D кг/ч, его энтальпия і
г
Дж/кг и температура конденсации – То С. Для такой сушилки запишем:
Рис. 19.7. Принципиальная схема контактной сушилки непрерывного действия РАСХОД ТЕПЛА
с конденсатом греющего пара DC
в
T
;
с высушенным материалом
G
2
C
м
?
2
;
с испаренной из материала влагой Wі
в
;
потери тепла в окружающую среду п

4 6 Из уравнения (19.46) можно определить расход пара D на нагрев высушенного материалам, на испарение влаги (W(і
в
в) и компенсацию потерь тепла в окружающую среду (Q
п
).
Для периодических процессов сушки тепловой баланс составляют отдельно для стадий нагревания и сушки. При этом за расчетный принимают больший из расходов пара, полученных для каждой стадии. Определение расходов воздуха и тепла на сушку
Технологический расчет конвективных сушилок сводится к определению расхода воздуха и тепла на сушку. Аналитический расчет трудоемок, поэтому его используют в случае необходимости уточнения результатов расчета, в случае малых перепадов температур и влагосодержания сушильного агента. Графо- аналитический расчет сушилок с использованием диаграммы нагляден и дает достаточно точные для практических целей результаты.
Процесс теоретической сушки (см. рис. 19.2, б. Для расчета задают два любых параметра наружного воздуха температуру и относительную влажность
?
0
. На пересечении линий t
0
= const и
?
0
= const находят точку Е, характеризующую состояние воздуха перед калорифером. Из точки
? проводят вертикаль до пересечения с изотермой t
1
= const, где t
1
– температура воздуха после калорифера. Точка А характеризует состояние нагретого воздуха перед входом в сушильную камеру. Вертикальный отрезок ЕА
изображает процесс нагрева воздуха в калорифере, протекающий при x
0
= x
1
=const (x
1
– влагосодержание нагретого воздуха).
Из точки А проводят линию і, которой изображается адиабатический процесс изменения состояния воздуха в сушилке.
Кроме величин x
0
,
?
0
и t
1
при расчете должен быть задан один из параметров отработанного воздуха – обычно t
2
или
?
2
. Поэтому,
продолжая линию і = const до пересечения с изотермой t
2
= const или линией
?
2
= const, получают точку В, выражающую состояние отработанного воздуха на выходе из сушилки. Отрезок АВ,
параллельный оси абсцисс (і і = const), изображает охлаждение воздуха в процессе сушки.
Ломаная линия ЕАВ – графическое изображение всего процесса изменения состояния воздуха в теоретической сушилке
(в калорифере и сушильной камере, работающей по основной схеме.
Завершив построение, для точек Е и В находят на диаграмме значения x
0
= x
1
и x
2
(для расчета удельного расхода воздуха по уравнению (19.34)), для точек Е и А – значения і и і, с помощью которых по уравнению (19.38) определяют удельный расход тепла кв основном калорифере. Умножив величины l и q к на W, находят расход воздуха L и тепла Q на сушку

4 6 Для изображения процесса в действительной сушилке (рис) из точки А, характеризующей состояние воздуха перед калорифером, проводят вертикаль до пересечения с заданной изотермой t
1
= const. Из точки пересечения В, характеризующей состояние нагретого воздуха перед входом в сушильную камеру,
проводят линию і = const произвольной длины. На этой линии выбирают любую точку е и откладывают от нее вверх (при
? > или вниз (при
? < 0) отрезок
Опуская из точки Си С перпендикулярна вертикаль АВ, получим соответственно отрезки Си, характеризующие увеличение влагосодержания воздуха в сушильной камере в условиях действительного процесса.
При известных параметрах наружного воздуха (обычно t
0
и) расчет сушилок возможен ив том случае, если температура нагрева воздуха t
1
не задана в явном виде, а известны какие-либо два параметра отработанного воздуха (например, t
2
и
?
2
). В этом случае построение процесса начинают от заданной точки (С,С
1
или С. Тогда для теоретической сушилки из заданной точки С
проводят линию i
1
= const и i
2
= const до пересечения с вертикалью в точке В, через которую и проходит искомая изотерма t
1
= Построение процесса для действительной сушки также начинают от заданной точки С (при
? > 0), от которой откладывают вниз (в масштабе энтальпий) отрезок С
1
К
1
=
?/l = ?(x
2
? – x
0
)/m i
и через полученную точку К проводят линию i
1
= const до пересечения с линией x
0
= const в точке В. Через эту точку будет проходить искомая изотерма t
1
= const. Точку В, характеризующую состояние воздуха при поступлении в сушильную камеру, соединяют сточкой С. Линия АВС
1
изображает процесс в действительной сушилке при
? > 0, когда изменение состояния воздуха в сушильной камере происходит с повышением энтальпии (i
2
> i
1
).
?
ef eE
?
=
, (где е – расстояние по горизонтали от точки е до линии АВ
(x
0
= x
1
= const); М = m i
/m x
отношение масштабов диаграммы. Конец отрезка еЕ
(точка Е лежит на линии процесса в действительной сушке. Поэтому, соединяя точки Е и В и продолжая отрезок ВЕ до пересечения с заданной изотермой t
2
= или
?
2
= const), находят точку
С
1
или С, выражающую состояние отработанного воздуха.
Рис 19.8. Изображение процесса действительной сушилки на i–x- диаграмме

4 6 При
? < 0, когда изменение состояния воздуха в сушильной камере происходит с понижением энтальпии (i
2
< i
1
), отрезок С
2
К
2
=
=
?/l =?(x
2
??– і откладывают вверх от заданной точки С 19.6. Варианты процесса сушки
Для обеспечения заданных режимов используют различные варианты процесса сушки.
В сушилке основного варианта, те. работающей по основной схеме (см. рис. 19.6), создаются жесткие условия сушки.
Объясняется это тем, что воздух для сушки нагревается однократно до относительно высокой температуры t
1
, являющейся обычно предельно допустимой для высушиваемого материала. При нагреве в калорифере влагосодержание воздуха остается неизменными резко падает его относительная влажность.
В некоторых случаях требуется сушить материал в более мягких условиях при более низких температурах и во влажном воздухе.
Для этого применяют различные варианты процесса сушки.
Сушка с частичным подогревом воздуха в сушильной камере.
В этом варианте сушки во внешнем калорифере К (см. рис. воздуху сообщают лишь часть тепла, а другая часть передается с помощью дополнительного калорифера К, установленного в сушильной камере.
На диаграмме (рис. 19.9) изображен процесс в теоретической сушилке (для простоты, работающий поэтому варианту i
x i
m m
DC
B
B
m m
DC
B
A
x x
l l
x x
i i
q q
?
?
+
?
?
=
?
?
+
?
?
=
+
0 2
1 2
0 2
0 или m
DC
B
B
B
A
q q
x i
?
=
?
?
+
?
=
+
)
(
?
?
, (19.47 а)
где М – отношение масштабов диаграммы.
Из рисунка 19.9 видно, что воздух нагревается во внешнем калорифере до температуры допускаемой свойствами материала (вертикаль АВ
?). Испарение влаги из материала изображается линией В
?С, весь процесс сушки представлен на этой диаграмме ломаной линей АВ
?С.
Общее количество тепла на нагрев воздуха складывается в данном случае из тепла, подводимого в основном (внешнем) калорифере к, и тепла, подводимого в дополнительном калорифере q д
:
Рис. 19.9. Теоретический процесс сушки с частичным подогревом воздуха в сушильной камере

4 7 Для суммарного удельного расхода тепла (q k
+ q д) отношение между величинами q k
и q д может изменяться, что будет соответствовать перемещению точки В между точками Аи В по линии x
1
= x
0
= const. При этом общие расходы тепла и воздуха в сушилке будут те же, что ив сушилке основной схемы, работающей при тех же начальных и конечных параметрах воздуха (ломаная
АВС
). Эти расходы составят m
DC
W
L
?
=
и Преимущество описанного варианта сушки в том, что в камеру сушилки вводится воздух, нагретый до более низкой температуры,
чем по основной схеме сушки. При этом процесс проводят при перепаде температур t
1
? – t
2
, меньшем, чем в сушке основной схемы,
где этот перепад был бы равен t
1
– t
2
и потребовалось бы нагреть воздух во внешнем калорифере до температуры t
1
(точка В
),
превышающей допустимую для данного материала (Сушка с промежуточным подогревом воздуха по зонам.
Работающая по этой схеме сушилка (см. рис 19.10) состоит из ряда зон, в каждой из которых установлен дополнительный калорифер (на рисунке показаны только две зоны).
Рис. 19.10. Сушилка с промежуточным подогревом воздуха по зонам:
а
– принципиальная схема б – изображение теоретического процесса на i–x-диаграмме
Согласно этой схеме воздух, нагретый во внешнем калорифере,
проходит зону I, где извлекает из материала часть влаги и немного охлаждается, после чего поступает в зону II, на входе в которую нагревается в калорифере К, сушит материал, после чего вновь подогревается в калорифере К и поступает в следующую зону
(далее – по числу зон).
В результате воздух проходит последовательно все зоны, в каждой из которых проходит процесс сушки по основной схеме.
Изменение состояния воздуха имеет ступенчатый характер и изображается на диаграмме ломаной линией АВ
?C?B??C??B???C
(для теоретической сушилки

4 7 Согласно схеме (риса) отработанный воздух каждой предыдущей ступени является исходным для последующей и нагревается в ней при x=const. Тогда x
0
= x
0
? = x
1
?; x
2
? = x
0
?? = x
2
??;
x
2
?? = x
0
??? = х, здесь нижние индексы относятся соответственно к исходному, нагретому и отработанному воздуху, а верхние указывают порядковый номер зоны.
Расход абсолютно сухого воздуха одинаков для всех зон и равен его расходу для всей сушилки или 2
2 2
2 2
0 2
x x
W
x x
W
x x
W
x откуда x
x x
?
?
?
=
?
?
)
(
0 2
0 2
,
W
W
x x
x x
??
?
?
=
?
?
??
)
(
0 2
2 2
,
W
W
x x
x x
???
?
?
=
??
?
???
)
(
0 2
2 Следовательно, влагосодержание воздуха увеличивается от зоны к зоне при этом перепад влагосодержаний в каждой зоне пропорционален относительному количеству испаренной в ней влаги.
Суммарный удельный расход тепла во всех зонах = l(AB
? + C?B?? + і = l·AB·m
і
Расход тепла в сушилке общий Общий расход воздуха и тепла в данном случае тот же, что ив сушилке основной схемы, работающей при тех же начальных
(точка Аи конечных (точка С) параметрах воздуха. Однако, как видно из рис. 19.10, температура нагрева воздуха t
1
значительно ниже, чем в сушилке основной схемы Работающую поэтому варианту действительную сушилку рассчитывают последовательно от зоны к зоне, производя построение процесса для каждой зоны так, как и для сушилки основной схемы (с однократным использованием воздуха).
Для каждой зоны в соответствии с количеством испаренной в ней влаги (W
?,W??,... и т.д.) определяют величину ? (??, ???,... и т.д.). При этом
? для различных зон могут иметь как положительные, таки отрицательные значения. При расчете принимают два параметра отработанного воздуха на выходе из сушилки (обычно – t
2
и
?
2
) и два параметра (t и
?) нагретого и

4 7 отработанного воздуха для каждой зоны. Эти параметры должны соответствовать намеченному режиму сушки по зонам.
На диаграмме і (рис. 19.11) сначала строят процесс в теоретической сушилке, работающей при тех же параметрах
(начальных и конечных) воздуха, те. по точкам Аи Си получают ломаную АВС. Отрезок на оси абсцисс диаграммы,
равный x
2
– x
0
, делят на части пропорционально количеству испаренной по зонам влаги W
?, W??,... и получают точки,
характеризующие влагосодержание отработанного воздуха по зонам (x
2
?, x
2
??, ...). Из этих точек проводят линии x = Рис. 19.12. Сушилка с частичной рециркуляцией отработанного воздуха:
а
– принципиальная схема б – изображение теоретического процесса на і–x-диаграмме
Параметры смеси, получаемой при смешении L
0
кг/ч свежего воздуха и L
2
кг/ч отработанного (в пересчете на абсолютно сухой воздух) с различными параметрами (x
0
, і и x
2
, і, определяют по правилу аддитивности:
ограничивающие пределы изменения состояния воздуха в каждой зоне. Далее построение проводят последовательно для всех зон,
начиная от первой, как для сушилок основной схемы (рис. Сушка с частичной рециркуляцией отработанного воздуха.
При сушке по этой схеме (рис) часть отработанного воздуха возвращается и смешивается перед наружным калорифером со свежим воздухом, поступающим в сушилку. Иногда смешивание отработанного воздуха со свежим проводят после наружного кало- рифера.
Рис. 19.11. Процесс реальной сушки с промежуточным подогревом воздуха по зонам

4 7 3 2
0 2
2 0
0
??
2 0
2 2
0 После деления правой части полученных уравнений на L
0
и обозначения отношения n
L
L =
0 кратность смешения) получим n
x n
x x
+
?
+
=
1 2
0
??
, (19.48)
n i
n i
i
+
?
+
=
1 2
0
??
. (После решения уравнений (19.48) и (19.49) относительно n и приравнивания полученных выражений получим зависимость между параметрами компонентов смеси 0
??
??
2 0
??
i i
i i
x x
x x
?
?
=
?
?
. (Уравнение (19.50) на диаграмме і представляет собой прямую, проходящую через точки, характеризующие состояние компонентов смеси (свежего и отработанного воздуха. Точка,
отвечающая составу смеси, делит эту прямую на отрезки,
находящиеся в отношении L
2
/L
0
= n. В соответствии с этим строят процесс в і–x-диаграмме (рис. 19.12). По заданным параметрам свежего воздуха (точка Аи отработанного (точка Си кратности смешения n находят точки Аи С. Соединяя точки Аи С прямой,
находят положение точки М, которая делит прямую АС в отношении АМ : МС = L