Добрый день, коллеги.

В своем технологическом процессе мы используем различное сушильное оборудование: полочные камерные сушилки, вакуумные полочные сушилки, ленточная сушилка и даже сушилка-гранулятор в кипящем слое.

Обычно при выборе подходящего сушильного оборудования мы знаем, что и на сколько мы хотим высушить, т.е. известна начальная (φ_исх) и конечная (φ_кон) влажность нашего сырья. Кроме того, заданным параметром, как правило, является необходимая производительность сушилки – мы обычно ориентируемся на ту цифру которую нам дают продажники, т.е. берем объем продукции, который они смогут продать, закладываем определенный запас и получаем исходную производительность искомого оборудования (производственной линии) – М_кон.

Зная требуемую производительность и параметры сырья на входе и выходе из сушилки, уже можно сделать нехитрый расчет, чтобы оценить тепловую мощность, которой должна обладать сушильная установка (Q).

В этой статье мы вместе выведем формулу, с помощью которой это можно сделать. Как известно, относительная влажность сырья рассчитывается как отношение массы воды в сырье к его общей массе и выражается в процентах:

φ_исх= М_исх.Н2О / М_исх × 100% - для исходного сырья до сушки (1)

 

φ_кон = М_кон.Н2О / М_кон × 100% - для сырья после сушки (2)

В процессе сушки сырье теряет влагу и массу этой влаги можно вычислить по формуле:

М_исп.Н2О = М_исх.Н2О – М_кон.Н2О (3)

Зная исходную массу сырья и массу испаренной влаги можно найти массу сырья на выходе из сушилки:

М = М_исх – М_исп.Н2О            (4)

Используя формулы (1) - (3), получаем:

М_кон = М_исх – М_исх.Н2О + М_кон.Н2О = М_исх – φ_исх × М_исх + φ_кон × М_кон = М_исх × (1 - φ_исх) + φ_кон × М_кон

 

Откуда получаем массу сырья по окончанию процесса сушки:

М_кон = М_исх ((1 - φ_исх) / (1 – φ_кон))          (5)

Аналогично можно найти массу воды, испаренной в процессе сушки:

М_исп.Н2О = М_исх - М_кон = М_исх × (1 – (1 - φ_исх) / (1 – φ_кон)) = М_исх × (φ_исх – φ_кон) / (1 – φ_кон) = М_исх × Δφ / (1 – φ_кон)                 (6)

Используя формулу (6), мы можем посчитать количество воды, которое нам надо удалить из нашего сырья. Теперь осталось только оценить энергетические затраты на ее испарение, то есть нам надо найти то количество теплоты, которое мы должны передать сырью, чтобы влага испарилась.

В этом нам поможет удельная теплота парообразования L, кДж/кг) воды – количество теплоты, которое надо сообщить 1 кг воды (при постоянном давлении и постоянной температуре), чтобы превратить воду в пар. Теплота парообразования равна количеству теплоты, выделяющемуся при конденсации пара в жидкость.

В сети вы без труда найдете, что теплота парообразования воды при атмосферном давлении равна L_H2O = 2256 кДж/кг.

К этому количеству теплоты я обычно еще добавляю теплоту (Q, кДж), необходимую для нагрева влаги в сырье от исходной температуры до температуры процесса сушки (в нашем производстве мы не используем высокотемпературный процесс сушки, так как температуры более 80 град. С приводят к снижению качества сырья). Предположим, что исходная температура нашего сырья t_нач , а процесс сушки мы осуществляем при t_кон. В этом случае искомое количество теплоты мы найдем по формуле (надеюсь все помнят, что теплоемкость воды c = 4,18 кДж/(кг К)):

q = с × m × (t_кон - t_нач)

При приведении расчетов к единичной массе воды, то есть m = 1 кг получаем:

q = с × (t_кон - t_нач) = с × Δt (8)

 

Таким образом общее количество теплоты для испарения 1 кг воды будет равно:

 

q_общ = L_H2O + q = 2256 + с × Δ t = 2256 + 4,18 × Δt (9)

 

Используя формулы (6) и (9) получаем общее количество теплоты, которое нам надо передать сырью, чтобы испарить необходимое количество воды и получить на выходе из сушилки сырье с заданной влажностью:

 

Q = q_общ × М_исп.Н2О = М_исх × Δφ × (2256 + 4,18 × Δt) / (1 – φ_кон), кДж (10)

 

Рассмотрим пример расчета.

 

Исходные данные:

φ_исх = 43 % - влажность сырья до сушки;

φ_кон = 15 % - влажность сырья после сушки;

М_кон = 1 т/час – производительность сушилки по выходу;

t _нач = 15 град .С – температура сырья до сушки;

t_кон = 60 град .С – максимально-допустимая температура сырья во время сушки.

 

Задача:

Оценить мощность сушильной установки, обеспечивающей производительность М_кон = 1 т/час.

 

Решение:

Используя формулу (5), находим массу сырья до сушки:

 

М_исх = М_кон ((1 – φ_кон) / (1 – φ_исх)) = 1 × ((1 – 0,15) /(1 – 0,43)) = 1,49 т.

 

То есть расчет показывает, что масса исходного сырья снизится на 490 кг, то есть нам потребуется удалить из сырья почти полтонны воды.

С помощью формулы (10) находим энергозатраты:

 

Q = М_исх × Δφ × (2256 + 4,18 × t) / (1 – φ_кон) = 1490,0 × (0,43-0,15) × (2256 + 4,18 × 45) / (1 – 0,15) = 1 199 622,0 кДж.

 

Учитывая, что 1кДж = 0,000278 кВт-час, получаем:

Q = 1 199 622,0 кДж = 333,2 кВт-час.

Довольно мощная сушилка получается в нашем примере.