Способ сушки с полностью замкнутым циклом сушильного агента

Изобретение относится к технике сушки дисперсных материалов и может быть использовано в микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности. Технический результат - повышение производительности сушки. Это достигается в способе сушки с полностью замкнутым циклом сушильного агента, включающем конденсацию испарившейся влаги путем подачи отработанного газа в холодильник, где его охлаждают и осушают вследствие конденсации паров жидкости, а затем осушенный газ подают в калорифер и после этого в сушилку, при этом сначала газ охлаждают при X_o=const до точки росы, а затем конденсируют пары влаги и осуществляют дальнейшее охлаждение газа до температуры исходной смеси, при этом расход хладагента через конденсатор поверхностного типа определяют из уравнения теплового баланса, а полный баланс массы и энергии в процессе охлаждения и конденсации пара определяют по расчетной формуле. 4 ил.

 

Изобретение относится к технике сушки дисперсных материалов и может быть использовано в микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является способ сушки по а.с. СССР №553424, F26В 17/10, 1975 г., заключающийся в том, что конденсируют испарившуюся влагу путем подачи отработанного газа в холодильник, где его охлаждают и осушают вследствие конденсации паров жидкости, а затем осушенный газ подают в калорифер и после этого в сушилку (прототип).

Недостаток прототипа - сравнительно невысокая производительность сушки конечного продукта.

Технический результат - повышение производительности сушки.

Это достигается тем, что в способе сушки с полностью замкнутым циклом сушильного агента, заключающемся в том, что конденсируют испарившуюся влагу путем подачи отработанного газа в холодильник, где его охлаждают и осушают вследствие конденсации паров жидкости, а затем осушенный газ подают в калорифер и после этого в сушилку, при этом сначала газ охлаждают при Х_о=const до точки росы (ϕ=1), а затем конденсируют пары влаги и осуществляют дальнейшее охлаждение газа (по линии ϕ=1) до температуры исходной смеси, при этом расход хладагента через конденсатор поверхностного типа определяют из следующего уравнения теплового баланса:

М=L(I₀-I_K)+Q_пт/с_хл(t_хл.К-t_хл.o),

где М - расход хладагента; Q_пт - тепло, затраченное в калорифере на нагрев сушильного агента; с_хл - теплоемкость хладагента; t_хл.o и t_хл.К - температура хладагента на входе в конденсатор и выходе из него; I₀ и I_K - энтальпия хладагента на входе в конденсатор и выходе из него, L - расход сухого газа,

а полный баланс массы и энергии в процессе охлаждения и конденсации пара определяют по формуле:

I_K=[с_гt_KΔ+(r₀+с_пt_K)(Х₀Δ-I₀)]/[Δ-(r₀+с_пt_К)],

где I_К - энтальпия хладагента на выходе из конденсатора, t_К - температура парогазовой смеси на выходе из конденсатора, r₀ - удельная теплота парообразования при 0°С, с_г и с_п - соответственно удельная теплоемкость газа и пара, Х₀ - влагосодержание сухого воздуха при 0°С, Δ - изменение энтальпии сушильного агента в процессе его охлаждения и конденсации пара.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для реализации предложенного способа сушки с полностью замкнутым циклом сушильного агента с использованием конденсатора смешения, на фиг.2 - принципиальная схема устройства для сушки с полностью замкнутым циклом сушильного агента с использованием конденсатора поверхностного типа, на фиг.3 представлено изображение процесса охлаждения и осушки газа на диаграмме I-X при использовании поверхностного конденсатора, на фиг.4 представлено изображение процесса охлаждения и осушки газа на диаграмме I-X при использовании смесительного конденсатора.

Устройство для сушки с полностью замкнутым циклом сушильного агента с использованием конденсатора смешения (фиг.1) содержит вентилятор 1, калорифер 2, питатель 3, сушилку 4, циклон 5. Вентилятор 1 установлен в цепи между конденсатором смешения 6, выполненным в виде скруббера, и калорифером 2 таким образом, что выход конденсатора смешения 6 соединен со всасывающей магистралью вентилятора 1, а нагнетающая магистраль вентилятора соединена с калорифером 2. Бункерная часть скруббера 6 соединена со сборником конденсата 7, из которого насосом 8 подается конденсат в холодильную машину 9 поверхностного типа, например кожухо-трубный теплообменник.

Устройство для сушки с полностью замкнутым циклом сушильного агента с использованием конденсатора поверхностного типа (фиг.2) содержит вентилятор 1, калорифер 2, питатель 3, сушилку 4, циклон 5, поверхностный конденсатор 10 в виде кожухо-трубного теплообменника (рекуперативный теплообменник), вход которого связан с выходом циклона 5, а выход - со сборником конденсата 11, из которого вентилятором 1 отсасывается сушильный агент и поступает в калорифер 2.

Способ сушки с полностью замкнутым циклом сушильного агента при использовании поверхностного конденсатора осуществляют следующим образом.

Схемы сушки продуктов с полностью замкнутым циклом сушильного агента основаны на конденсации испарившейся влаги и применении конденсатора поверхностного типа или конденсатора смешения (скруббер). Отработанный газ поступает в холодильник 9 или 10, где охлаждается и осушается вследствие конденсации паров жидкости. Осушенный газ подается в калорифер 2 и затем в сушилку 4.

Сначала газ охлаждают при Х_о=const до точки росы (ϕ=1), а затем конденсируют пары влаги и осуществляют дальнейшее охлаждение газа (по линии ϕ=1) до температуры исходной смеси (фиг.3). Чем меньше температура хладагента, тем выше степень осушки рециркулирующего газа. Расход хладагента через конденсатор поверхностного типа можно определить из уравнения теплового баланса:

где М - расход хладагента; Q_пт - тепло, затраченное в калорифере на нагрев сушильного агента; с_хл - теплоемкость хладагента; t_хл.o и t_хл.К - температура хладагента на входе в конденсатор и выходе из него.

Температуру газа на выходе из конденсатора t_К (исходное состояние перед калорифером) обычно задают, а влагосодержание Х_К и энтальпию I_К парогазовой смеси рассчитывают по традиционным зависимостям. Требуемая поверхность теплообмена конденсатора рассчитывается по известным методикам.

При использовании конденсатора смешения газ, выходящий их сушилки, контактирует с хладагентом, в качестве которого обычно используют охлажденный конденсат испарившейся жидкости (растворитель или разбавитель исходного высушиваемого материала). В процессе взаимодействия с холодной орошающей жидкостью парогазовая смесь охлаждается, параметры ее изменяются по некоторой кривой А₀А_К (фиг.4). При этом за бесконечно малый промежуток времени контакта конденсируется пар в количестве, определяемом материальным балансом:

Интегрируя уравнение (2) в пределах от М₀ до М_К и от Х₀ до Х_К, получим:

Обозначим

где σ_ж - удельный расход жидкости на орошение (плотность орошения), 1 кг жидкости на 1 кг сухого газа, L - расход сухого газа.

Тогда масса испарившейся влаги

Согласно тепловому балансу процесса охлаждения газа в конденсаторе смешения (без учета потерь)

Приведя члены уравнения (6) к удельным тепловым затратам делением на W по уравнениям (3) и (5), после преобразования получим:

где Δ - изменение энтальпии сушильного агента в процессе его охлаждения и конденсации пара; q_ж - удельная теплота орошающей жидкости;

Из уравнения (7) имеем:

Энтальпию газа на выходе из скруббера можно найти графическим построением на диаграмме I-Х или рассчитать по основному уравнению энтальпии парогазовой смеси

где I_Г, I_П - соответственно энтальпия газа и пара; t - температура парогазовой смеси, r₀ - удельная теплота парообразования при 0°С, с_г и с_п - соответственно удельная теплоемкость газа и пара, Х - влагосодержание сухого воздуха.

Совмещая уравнения (10) и (9), получим:

Уравнения (10), (4), (5), (7)-(11) выражают полный баланс массы и энергии в процессе охлаждения и конденсации пара.

Полностью замкнутый газовый цикл в технологии сушки обычно применяют в тех случаях, когда из продукта испаряется ценная жидкость, которую необходимо вернуть в производство, или когда высушиваемый материал или растворитель являются токсичными веществами и выбросы их в атмосферу недопустимы. Кроме того, замкнутый цикл целесообразно применять при сушке пожаро- и взрывоопасных продуктов, когда к качестве сушильного агента используется дорогостоящий инертный газ.

Способ сушки с полностью замкнутым циклом сушильного агента, заключающийся в том, что конденсируют испарившуюся влагу путем подачи отработанного газа в холодильник, где его охлаждают и осушают вследствие конденсации паров жидкости, а затем осушенный газ подают в калорифер и после этого в сушилку, отличающийся тем, что сначала газ охлаждают при X₀=const до точки росы, а затем конденсируют пары влаги и осуществляют дальнейшее охлаждение газа до температуры исходной смеси, при этом расход хладагента через конденсатор поверхностного типа определяют из следующего уравнения теплового баланса:

M=L(I₀-I_K)+Q_пт/c_хл(t_хл.K-t_хл.o),

где М - расход хладагента; Q_пт - тепло, затраченное в калорифере на нагрев сушильного агента; с_хл - теплоемкость хладагента; t_хл.o и t_хл.К - температура хладагента на входе в конденсатор и выходе из него; I_о и I_К - энтальпия хладагента на входе в конденсатор и выходе из него; L - расход сухого газа,

а полный баланс массы и энергии в процессе охлаждения и конденсации пара определяют по формуле:

I_K=[с_гt_KΔ+(r₀+с_пt_К)(Х₀Δ-I₀)]/[Δ-(I₀+с_пt_К)].

где I_К - энтальпия хладагента на выходе из конденсатора; t_К - температура парогазовой смеси на выходе из конденсатора; r₀ - удельная теплота парообразования при 0°С; с_г и с_п - соответственно удельная теплоемкость газа и пара; Х₀ - влагосодержание сухого воздуха при 0°С; Δ - изменение энтальпии сушильного агента в процессе его охлаждения и конденсации пара.