ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Определение размеров и основы проектирования сушильных камер из "Распылительные сушилки" В сушильной камере происходят такие процессы, как диспергирование раствора, смешение газового теплоносителя с частицами, испарение влаги, сепарация сухих частиц и т. д. Поэтому интенсивность сушки зависит от большого количества различных факторов. [c.133] Процесс сушки частиц распыленного раствора в потоке газа аналогичен процессу сушки других влажных материалов. Интенсивность испарения влаги из частиц раствора обусловливается внешними условиями тепло- и массообмена и перемещением влаги внутри частицы, которое зависит от молекулярной структуры раствора. [c.133] Рассмотрим механизм сушки частиц раствора при постоянном режиме. При смывании частицы раствора потоком газа повышенной температуры происходит испарение влаги с поверхности частицы. В первый период интенсивность испарения будет увеличиваться по мере повышения температуры частицы до температуры мокрого термометра. В этот момент интенсивность испарения имеет максимальное значение. [c.133] Период неустановившегося режима при сушке влажных материалов обычно называется периодом прогрева. При сушке распылением этот период составляет незначительную долю по сравнению с общей длительностью сушки частицы. [c.133] Далее процесс сушки протекает в так называемом периоде постоянной скорости сушки, который характеризуется тем, что на поверхности испарения парциальное давление паров жидкости равно или близко давлению насыщенных паров этой жидкости, и интенсивность испарения не зависит от влажности частицы. Интенсивность испарения в этом периоде будет зависеть в основном от внешних условий тепло- и массообмена (температура и влажность среды и аэродинамические условия обтекания частицы). Перемещение же влаги внутри частицы не лимитирует интенсивности испарения. Температура частицы будет близка температуре адиабатного испарения чистой жидкости. Давление паров жидкости на поверхности испарения в периоде постоянной скорости сушки бывает различным в зависимости от высушиваемого раствора. [c.133] При сушке гидрофобных суспензий, лиофобных коллоидных растворов давление паров жидкости на поверхности испарения равно давлению насыщенных паров жидкости при температуре мокрого термометра. В случае сушки коллоидных лиофильных и истинных растворов это давление будет несколько меньше и понижается с уменьшением влажности. Для этих растворов мы имеем как бы квазипостоянный период скорости сушки. [c.134] Период постоянной скорости сушки продолжается до тех пор, пока влажность на поверхности частицы не будет меньше максимальной гигроскопической влажности. Максимальной гигроскопической влажностью называется такая влажность, которую принимает тело, если его поместить в среду с относительной влажностью, равной 100%. Она характеризует максимальную сорбционную емкость тела. Величина гигроскопической влажности определяется молекулярной структурой тела и его температурой. [c.134] Средняя влажность частицы, при которой на поверхности ее достигается максимальная гигроскопическая влажность, называется обычно критической влажностью. Величина критической влажности зависит от интенсивности сушки, коэффициента по-тенциалопроводности и величины частицы. [c.134] Критическая влажность при сушке распылением может быть в некоторых случаях значительно больше гигроскопической вследствие наличия градиента влажности внутри частицы, несмотря на ее небольшую величину. Это объясняется тем, что при сушке частиц в потоке газов с высокой температурой получается большая интенсивность испарения с поверхности, которая по своей величине соизмерима со скоростью перемещения влаги внутри частицы. [c.134] За периодом постоянной скорости следует период падающей скорости сушки. Этот период наступает тем раньше, чем больше интенсивность сушки и величина частиц. В течение периода падающей скорости давление паров жидкости над поверхностью испарения непрерывно уменьшается и зависит от влажности и температуры частицы. Температура же частицы увеличивается и достигает температуры среды, когда процесс сушки прекращается. Этот период обычно начинается с образования твердой структуры частиц раствора. Иногда период падающей скорости сушки называют вторым периодом. [c.134] Температура частицы в этот период будет несколько увеличиваться с учетом величины депрессии за счет растворенных солей. [c.135] Во втором периоде процесс сушки в основном контролируется перемещением влаги внутри частицы, т. е. интенсивность сушки определяется скоростью поступления влаги из центра к поверхности испарения. Сопротивление перемещению влаги внутри частицы особенно велико для частиц лиофильных растворов, поэтому они сохнут наиболее трудно. [c.135] Процесс сушки продолжается до тех пор, пока парциальное давление паров жидкости на поверхности частицы не будет равно парциальному давлению этой жидкости в среде. Влажность тела, соответствующая такому равновесному состоянию, называется равновесной или гигроскопической. Равновесная влажность зависит от молекулярной структуры тела, влажности среды и температуры. Для различных растворов соотношение периодов постоянной и падающей скоростей сушки неодинаково. Коллоидные лиофильные растворы сохнут в основном во втором периоде, гидрофобные суспензии — в первом периоде. [c.135] Процесс сушки в распылительной сушилке является чрезвычайно сложным, так как он протекает при переменном режиме. В течение процесса сушки изменяется температура и влажность среды, скорость падения частиц и их величина. Кроме того, сами частицы получаются при распылении неодинаковыми по величине. [c.135] Процесс испарения большого количества капель в потоке газа более сложный по сравнению с испарением (или сушкой) одиночной капли. Динамика движения большого количества отлична от движения одной капли. Все это вызывает значительные трудности при тепловых расчетах сушильных камер распылительных установок. [c.135] При расчете сушильных камер наиболее рационально пользоваться уравнением (176), так как при определении температуры поверхности частиц можно сделать меньшую ошибку, чем при определении действительного парциального давления паров воды над поверхностью испарения. При небольшом изменении температуры материала парциальное давление паров изменяется значительно. Кроме того, очень трудно определить зависимость парциального давления от влажности материала. [c.136] Зная количество тепла, которое необходимо передать высушиваемым частицам, среднюю разность температур и коэффициент теплообмена из уравнения (176) определяют поверхность частиц. Далее по поверхности частиц, часовой производительности установки и дисперсности распыла определяется длительность осаждения частиц. По длительности осаждения находится высота камеры. [c.136] Можно также исходить из того, что частицы максимального размера достигают дна или стенки камеры. Причем их влажность должна соответствовать слабым адгезионным свойствам. В этом случае составляется дифференциальное уравнение для одиночной частицы с максимальным диаметром и решается при переменных температурных условиях среды. Из решения определяется длительность сушки частицы от начальной влажности (wi) до конечной влажности (w2) и при изменении, например, температуры среды от i до t2 по закону экспоненты. Влажность частицы также изменяется по экспоненте. По длительности сушки и скорости газов в камере определяется высота сушильной камеры. Эти методы расчета сушильных камер не получили признания, главным образом, по следующим причинам. [c.136] Поэтому методики расчета сушильных камер, связанные с определением длительности сушки и длительности пребывания частиц во взвешенном состоянии, дают при определении высоты или диаметра камеры значительные ошибки. (В отдельных случаях они могут составлять более 100%). Необходимо заметить, что определение коэффициента теплообмена к частице не вызывает больших затруднений, так как этот вопрос в настоящее время достаточно хорошо изучен. [c.137] По длительности сушки приближенная методика расчета сушильных камер предложена Ф. Глюккертом (128]. При расчете приняты следующие допущения а) коэффициент теплообмена рассчитывается из предельного закона Нусельта Nu = 2 б) условия сушки, в том числе температура сушильного агента, одинаковы во всем объеме камеры в) давление паров над поверхностью испарения равно давлению насыщенных паров чистой жидкости г) движущей силой переноса тепла является разница между начальной температурой газов и температурой испарения насыщенного раствора д) диаметр капель в процессе сушки не изменяется. [c.137] Вернуться к основной статье