Класифікація і принципові схеми конвекційних сушарок

1. КЛАСИФІКАЦІЯ І ПРИНЦИПОВІ СХЕМИ КОНВЕКЦІЙНИХ СУШАРОК

Основні варіанти сушильного процесу при сушінні повітрям, топковими газами і перегрітою парою. Типові
принципові схеми конвекційних сушарок.

2.

За конструктивним оформленням в
техніці застосовується дуже багато типів сушарок. В
деревообробній промисловості використовуються:
камерні сушарки – це спеціальні приміщення (камери)
куди завантажується деревина на візках (призначені в
основному для пиломатеріалів); роликові сушарки –
через
сушильний
простір
яких
матеріал
переміщується
роликовими
конвеєрами
(в
них
висушують плоскі деревні матеріали – шпон, плити);
пневматичні сушарки – працюють за принципом
сушіння матеріалу у зваженому стані в потоці
повітря; барабанні сушарки – обертовий барабан, в
середині
якого
матеріал
перемішується
і
висушується; стрічкові сушарки – крізь їхній простір
матеріал переміщується стрічковим конвеєром.
Останні три – призначені для подрібненої деревини.
2

3.

За
характером
сушильного
агента,
що
застосовується, сушарки поділяються на: повітряні – агент
сушіння – вологе повітря; газові - топкові гази у суміші із повітрям;
парові – агент сушіння перегріта пара.
За кратністю циркуляції розрізняють сушарки з одно та багатократною циркуляцією сушильного агента. В першому
випадку агент після омивання висушуваного матеріалу повністю
викидається в атмосферу; у другому – викидається лише
частково і проходить крізь штабель або шар матеріалу
багаторазово.
За принципом дії сушильні пристрої поділяються на:
періодичної та безперервної дії. В першому випадку сушильний
цикл складається із повного завантаження сушарки матеріалом,
безпосередньо сушіння і повного розвантаження сушарки. В
сушарках безперервної дії сам процес сушіння не припиняється;
матеріал завантажується в сушарку, транспортується крізь неї і
розвантажується безперервно або поштовхоподібно.

4.

Принципові схеми конвекційних сушарок
Сушильний агент, що циркулює в сушарці, після
проходження через штабель або шар висушуваного
матеріалу змінює свої параметри, а перед новим
надходження в штабель відновлює свої параметри за
допомогою нагрівних та повітряобмінних пристроїв.
Графік зміни стану повітря в сушарках різних
принципових схем відображається на відповідних
діаграмах ( Id, Idα або tp–діаграмах).
Принципові схеми сушарок відрізняються між
собою кратністю циркуляції і видом сушильного агенту.

5.

Повітряна сушарка
однократною
циркуляцією
з
Свіже повітря в стані 0
надходить до калорифера
(нагрівання 0-1). В стані 1
повітря подається в штабель
і під час проходження крізь
нього
або
крізь
шар
висушуваного
матеріалу,
випаровує з матеріалу вологу
(випаровування
1-2).
Відпрацьоване повітря в
стані
2
повністю
віддаляється в атмосферу.
Недолік
цієї
сушарки
–
неекономічність,
неможливість
регулювання стану повітря, яке може характеризуватися тільки
точкою 0.

6.

Повітряна
сушарка
з
багатократною циркуляцією
Повітря в стані 1 надходить до
висушуваного
матеріалу
і
випаровує з нього вологу (1-2).
Відпрацьоване повітря в стані 2
частково
віддаляється
в
атмосферу, значна частина його
змішується із свіжим повітрям
(процес змішування 0-2).
Отримана суміш в стані 3 нагрівається в калорифері, в результаті чого
(3-1) відновлює свої параметри, з якими подається знову в штабель
для повторного циклу.
Ці сушарки значно більш економічні, дають можливість гнучко
регулювати процес, стан поступаючого в штабель повітря може
змінюватися
за рахунок
зміни ступеня нагріву повітря в
калорифері та кратності повітряобміну.

7.

Конденсаційна сушарка
Повітря послідовно проходить
крізь
калорифер,
висушуваний
матеріал
і
конденсатор
(теплообмінний апарат, в
якому насичене вологою
відпрацьоване
повітря
охолоджується
і
конденсується відібрана із
матеріалу волога).
Повітря в стані 1 надходить в штабель, проходить крізь нього,
зберігаючи постійний тепловміст і виходить із штабелю в стані 2. Потім
в конденсаторі охолоджується спочатку при сталому вологовмісті
(відрізок 2-3), а після досягнення температури точки роси - при
змінному вологовмісті, тому що процес супроводжується конденсацією
(лінія 3-4, співпадаюча з φ=1). Виходячи з конденсатора в стані 4
повітря нагрівається в калорифері до первісного стану 1. Свіже повітря
в камеру не подається і відпрацьоване – не викидається.

8.

Газова сушарка з однократною циркуляцією
Працює без калориферів.
Гаряче повітря з топки в стані
Т
змішується із свіжим
повітрям в стані 0, і в такому
стані 1 надходить в сушарку,
де випаровує вологу з
матеріалу
(лінія
1-2).
Відпрацьована
суміш
2
викидається в атмосферу.
Сушарка
- неекономічна,
стан
вхідного
повітря
визначається параметрами
точки, що лежить тільки на
лінії 0-Т.

9.

Газова
сушарка
з
багатократною
циркуляцією повітря
Має камеру змішування, де
змішуються три компоненти:
атмосферне
повітря,
топкові
гази
та
відпрацьоване
повітря.
Процес можна розглядати як
два послідовні процеси:
спочатку топковий газ станом Т змішується з атмосферним повітрям (лінія
0-Т, точка А), потім до цієї суміші додається відпрацьований сушильний
агент в стані 2 (лінія А-2, точка 1).
Отримана газоповітряна суміш в стані 1 подається до висушуваного
матеріалу, з якого випаровує вологу (лінія 1-2).
Для відновлення стану вхідного повітря необхідно змішувати топкові
гази із свіжим повітрям в тій самій пропорції. Якщо змінити
пропорційність (точка А′́), поновлення первісного стану робочої суміші
́
стане неможливим (точка 1́′).
Сушарка більш економічна за попередню, конструкція дозволяє широко
регулювати процес, зміною пропорцій змішування можна отримати суміш
будь-якого стану в зоні, обмежені площею 0-Т-М.

10.

Парова сушарка
Сушильний агент – перегріта
пара ( рп=const = 100 кПа),
застосовується
тільки
багаторазова
циркуляція,
відсутній
процес
змішування
із
свіжим
повітрям. В нагрітому стані
1
повітря
надходить
в
штабель, де випаровуючи
вологу,
зволожується
і
охолоджується до стану 2.
Частина пари, що дорівнює
масі випареної вологи,
викидається в атмосферу.
Сушильний
агент
знову
нагрівається в калорифері до
первісного
стану
1
і
подається в штабель.

11.

Витрати теплоти на сушіння
Одною з основних вимог, що пред’являються до сушарок
– це економічність їхньої роботи, тобто мінімальні
витрати теплоти на проведення процесу сушіння. Ці
витрати складаються з витрат на випаровування вологи,
на прогрівання матеріалу та на тепловитрати крізь
огородження сушарки.
При визначенні витрат теплоти на випаровування вологи
в сушарці враховуються тільки витрати тієї теплоти,
що надається сушильному агенту зовні від встановлених
в сушарці калориферів (процес атмосферного сушіння без
штучного
нагрівання
повітря
характеризується
нульовою витратою теплоти). Ці витрати можуть бути
визначені по стану агента, що підводиться до сушарки та
відводиться з неї.
11

12.

У повітряній сушарці витрати теплоти
визначаються таким чином. Параметри свіжого
повітря -Io,do ; відпрацьованого – I2, d2 . Проходячи
крізь сушарку повітря (1 кг за масою його сухої
частини), поглинає (d2 - do) г вологи. Таким чином,
кількість повітря, необхідного для віддалення з
сушарки 1 кг вологи, становить 1000/ (d2 - do) кг. У
свою чергу, приріст тепловмісту, тобто кількості
теплоти, витраченої на підігрівання 1 кг повітря в
сушарці дорівнює (I2 - Io) кДж/кг. Питомі витрати
теплоти на випаровування вологи складатимуть,
кДж/кг вологи:
q вип
I2 I0
1000
I2 I0
1000
d2 d0
d2 d0
12

13.

У конденсаційній сушарці витрати теплоти на
випаровування вологи теоретично дорівнюють 0, тому що
теплота, виділена при конденсації, використовується для
підігрівання зневодненого сушильного агента.
В газовій сушарці для сушіння використовується суміш в
стані А, тому:
q вип
I A I0
1000
d2 d A
В паровій сушарці свіже повітря не вводиться, випарена
волога віддаляється у вигляді перегрітої пари в стані 2 і
витрати теплоти на випаровування вологи дорівнюють
тепловмісту пари, що віддаляється:
qвип iп
13

14.

Витрати теплоти на прогрівання одиниці об’єму
матеріалу визначаються так само, як і при тепловій обробці :
qпр = ρw с Δt. Питомі витрати теплоти на прогрівання, віднесені до 1 кг
випареної вологи, кДж/кг:
q пр
q пит.пр
m
де m - кількість випареної вологи з одиниці об’єму деревини, кг/м³:
m баз
Wп Wк
100
Витрати теплоти на втрати через огородження в одиницю часу
Qогр визначають користуючись рівнянням теплопередачі:
Qогр= qогр F= K Δ t F, де F - площа огороджень, м². Питомі витрати на
1 кг випаровуваної вологи, кДж/кг. складають:
Qогор
q пит.огор
Mc
де Мс – кількість вологи, що випаровується в сушарці за 1 с тобто
місткість сушарки по випареній воді.
14

15.

Питомі витрати теплоти на сушіння в
цілому:
q суш q вип q пит.пр q пит.огор B
де В – коефіцієнт додаткових витрат теплоти, що
не враховані теоретичним розрахунком В= 1,1-1,3.
Практично питомі витрати теплоти на сушіння
знаходяться в границях від 3500-4000 до 7000-8000
кДж/кг вологи.
15