Процесс сушки по модели полного перемешивания

При проектировании сушилок со взвешенным слоем надо учитывать, что в реальных сушилках непрерывного действия не всегда ясно, каков механизм сушки. Сопротивление массопередаче может измениться за время пребывания частицы в сушилке, т. е. сушка может начинаться при условии внешнего контроля (лимитируется процесс удаления влаги с поверхности), затем сказывается влияние диффузии и, наконец, процесс переходит во внутридиффузионную область. Таким образом, в каждый момент времени разные частицы слоя могут подвергаться сушке в различных периодах. Задача проектирования состоит в том, чтобы аппарат обеспечивал на выходе заданное среднее влагосодержание материала. Для этого при математическом моделировании должны учитываться кинетика и гидродинамика процесса сушки.

Время пребывания материала в аппарате

Если известны изменение влагосодержания материала во времени при заданном температурном режиме, а также функция распределения высушиваемого вещества по времени пребывания, то среднее влагосодержание на выходе из аппарата определяют по уравнению.

или при переходе к безразмерному времени в = т/т и безразмерной функции распределения времени пребывания С (0).

Функция м (0,7) описывает механизм влагопереноса при заданной температуре Г в сушильной камере. Смена механизма влагопереноса происходит в точках 0 = 0, ф и 0 = 0_Г (находятся экспериментально), поэтому ин;

где щ, и₂ и м₃ — функции распределения частиц по влагосодержанию в соответствующие периоды сушки; С (0) — функция распределения частиц на выходе из аппарата по времени пребывания, которая характеризует гидродинамику процесса сушки (С — кривая).

Если структура потока частиц в аппарате описывается моделью полного перемешивания (МИС), то Тогда расчетное уравнение получается из (31.57) при подстановке в него соотношения (31.58) и интегрирования в определенных пределах. Значения интегралов I> k и /3 составляют:

Алгоритм расчета среднего времени пребывания сушильного аппарата состоит в следующем:

• — задают входные параметры (температурный режим сушильной камеры Г, температуру То, относительную влажность наружного воздуха (р [см. уравнение (31.18)] и наконец среднее влагосодержание кристаллогидрата на выходе и^, которое необходимо получить);
• — рассчитывают по уравнениям (31.6) — (31.10) скорость сушки j в первом периоде;
• — находят D и К по уравнениям (31.17), (31Л 8);
• — определяют критическое и конечное время сушки, соответствующие

U_Kp И Щ

— задаваясь начальным приближением среднего времени пребывания.

f₀, с учетом 0 = г/г_о рассчитывают по уравнениям (31.59) ;

(31.61);

— сравнивают результат расчета с и_к, заданным в левой части уравнений (31.57). Если то расчет заканчивают, и искомое время составит г = г₀. Если это условие не выполняется, то берут новое приближение г, и расчет повторяют до его выполнения, причем г = г,.

Определив среднее время пребывания г при заданных нагрузке и температуре в камере, можно найти объем конусной части камеры V через массу высушиваемого материала G в неподвижном состоянии:

или

где у_н, G| - насыпная плотность и расход высушиваемого материала соответственно.

При заданных (рис 31.10) конструктивных параметрах — угле конуса 60° и соотношении верхнего и нижнего диаметра конуса D^/d = 4 — определяют размер аппарата, при этом высота цилиндрической части берется вдвое больше конусной: //_ц = 2//*.

Объемный расход воздуха определяют из условий фонтанирования, когда высушиваемые частицы поднимаются вверх осушающим газом в ядре потока, а затем опускаются вниз у стенок аппарата (режим фонтанирования является частным случаем псевдоожижения).

Рис. 3J. I0. Схема сушилки фонтанирующего слоя (ФС): Н_ц/Н_к= 2 Dld~ 4; S₉JS_n=6;a=6Q';0 = 3Q'.