книги из ГПНТБ / Морозов, С. В. Сушка лубоволокнистых материалов учебник

С. В. МОРОЗОВ

СУШКА

ЛУБОВОЛОКНИСТЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Допущено Министерством лег­ кой промышленности СССР в каче­ стве учебника для средних специаль­ ных учебных заведений легкой про­

мышленности

МОСКВА ■ЛЕГКАЯ ИНДУСТРИЯ:

1974

различных видов влаги. Учитывая влияние влаги на физические, химические и механические свойства материалов, при сушке ста­ вят следующие задачи:

уменьшение массы материала, облегчение и удешевление его транспортирования;

изменение физико-механических свойств материала (увеличе­ ние прочности, уменьшение теплопроводности, улучшение сопро­ тивляемости деформациям и т. д.);

предохранение материала от загнивания, плесени, увеличение долговечности (лубоволокнистые материалы, сельскохозяйственные и пищевые продукты, древесина);

облегчение и удешевление дальнейшей обработки материала. Для промышленности первичной обработки основная задача — изменить физико-механические свойства материалов с тем, чтобы обеспечить наилучшее мытье и трепание при высоких выходах длинного волокна, а также облегчить и удешевить дальнейшую

обработку материалов.

В настоящее время для различных материалов применяют фи­ зико-химический, механический, тепловой способы удаления влаги. Первые два не являются собственно сушкой, их можно отнести к способам обезвоживания материала.

Физико-химический способ обезвоживания основан на поглоще­ нии влаги из материала гигроскопическими веществами (хлористый кальций, известь и др.) и в промышленности первичной обработки лубяных культур не применяется.

Механический способ обезвоживания (отжим, центрифугирова­ ние) используют для удаления влаги из материалов, которые про­ ходили обработку в воде или других жидкостях (текстильные из­ делия, моченцовая треста и др.). При этом способе агрегатное состояние жидкости не претерпевает изменений. Механическое уда­ ление влаги экономичнее тепловой сушки. При этом влагосодержание тресты снижается с 350—300% до 120—140%. Применение этого способа ограничивается технологическими и физическими

5

влага удаляется из материала в виде водяных паров, имеющих температуру ниже соответствующей температуры кипения, а при выпаривании — выше температуры кипения. Способ удаления влаги испарением используется при сушке стланцевой тресты и отходов трепания. При сушке моченцовой тресты применяется спо­ соб выпаривания.

Способ сушки определяется характером сообщения материалу тепла, необходимого для испарения влаги.

Сушка может происходить естественным и искусственным пу­ тями.

Е с т е с т в е н н а я с у ш к а осуществляется за счет тепла ок­ ружающего воздуха, воздействующего на высушиваемый материал (расположенный открыто или под навесами) до момента наступле­ ния равновесной влажности, соответствующей параметрам окру­ жающей среды.

И с к у с с т в е н н а я с у ш к а проводится в сушильных маши­ нах, где организован соответствующий управляемый тепловлаж­ ностный режим. Сушильный агент (горячий воздух, топочные газы) подводят в машину и отводят из нее искусственным путем (вен­ тиляторами, трубами и другими устройствами). Искусственная сушка имеет меньшую продолжительность.

По способу передачи тепла к материалу сушильные машины де­

применяют конвективные сушильные машины, в которых тепло пе­

Контактная сушка характеризуется передачей тепла, необходи­ мого для испарения влаги, непосредственным соприкосновением материала с нагретыми, горячими поверхностями.

Сушка инфракрасными лучами основана на передаче тепла ма­ териалу лучистым (радиационным) потоком тепла. Сушка токами высокой частоты основана на передаче тепла материалу при по­ мещении его в поле токов высокой частоты. Интенсивность про­ грева зависит от частоты поля и свойств материала.

На предприятиях легкой и текстильной промышленности при­

Сушильный агент может нагреваться и электричеством.

В зависимости от вида сушильного агента применяют сушиль­ ные машины воздушные, с использованием перегретого пара или

инертных газов.

По р е ж и м у р а б о т ы сушильные машины бывают периоди­ ческого и непрерывного действия.

6

По н а п р а в л е н и ю д в и ж е н и я с у ш и л ь н о г о а г е н т а различают сушильные машины прямоточные, когда направления движения материала и сушильного агента совпадают, и противоточные, когда направления движения материала и сушильного агента противоположны.

По к р а т н о с т и и с п о л ь з о в а н и я с у ш и л ь н о г о а г е н ­ та различают сушильные машины без рециркуляции (однократ­ ные) и с рециркуляцией.

По конструктивному признаку сушильные машины разделяют на камерные, коридорные, туннельные, конвейерные и другие ма­ шины.

Одна и та же сушильная машина обычно сочетает в себе не­ сколько классификационных признаков, например: сушильная ма­ шина конвейерная, конвективная, паровая, непрерывного действия, прямоточная с рециркуляцией воздуха.

Большинство сушильных машин на предприятиях первичной обработки лубоволокнистых материалов являются машинами не­ прерывного действия (конвейерными или коридорными) с прямо­ точным или противоточным направлением сушильного агента от­ носительно материала. Принудительная циркуляция сушильного агента в машинах осуществляется осевыми или центробежными вентиляторами. При этом, как правило, осуществляется рецирку­ ляция сушильного агента.

Выбор вида и параметров сушильного агента (воздуха или смеси воздуха и топочных газов) и теплоносителя для подогрева воздуха в сушильных машинах имеет большое значение, так как стоимость расходуемого тепла значительно сказывается па их эко­ номичности.

Наиболее распространена сушка лубяных материалов возду­ хом, который нагревают в калориферах до 100—140° С. Этот спо­ соб сушки имеет следующие преимущества: санитарно-гигиениче­ ская безвредность, пожарная безопасность, легкость очистки от примесей, способных повлиять на режим сушки. Для нагрева воз­ духа в калориферы из котельной завода подают пар давлением до 5—7 атм. При дальнейшем повышении температуры нагрева воздуха, а следовательно, и давления пара, требуются калориферы более сложной конструкции, удорожается сушильная машина. Конденсат из калориферов сушильных машин собирается в кон­ денсационный бак и возвращается в котельную или частично ис­ пользуется для увлажнения воздуха.

Для сушки материалов, не боящихся загрязнения, в том числе и лубяного сырья, применяют в качестве сушильного агента смесь топочных газов с воздухом. В этом случае не требуется паровых

когда сушка должна проходить при температуре сушильного агента выше 120° С.

7

Гла ва II

ВЛАЖНЫЙ ВОЗДУХ

1. СОСТОЯНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДЯНОГО ПАРА, НАХОДЯЩЕГОСЯ В ВОЗДУХЕ

Окружающий нас атмосферный воздух всегда содержит неко­ торое количество водяного пара. Водяные пары в воздухе могут находиться в виде влажного насыщенного, сухого насыщенного и

между собой. В пространство, заполненное влажным паром, при тех же давлении и температуре испарить дополнительное количе­ ство воды нельзя.

Су х о й н а с ы щ е н н ы й пар — неустойчивое пограничное со­ стояние пара. При дальнейшем нагреве (при p = const) сухой на­ сыщенный пар переходит в состояние перегретого. При охлажде­ нии (при p = const) часть сухого насыщенного пара конденсируется. В этом случае имеем влажный насыщенный пар. В пространство, заполненное сухим насыщенным паром, испарить дополнительное количество влаги при тех же давлении и температуре невозможно.

Разность температур перегретого и сухого насыщенного пара при одном и том же давлении называется с т е п е н ь ю п е р е г р е ­

ный насыщенный пар. Особенностью перегретого пара, таким об­ разом, является то, что он при охлаждении (или расширении) не конденсируется до температуры насыщения. В пространство, за­ полненное перегретым паром, можно испарить дополнительное ко­ личество воды. Перегретый пар можно использовать для сушки.

Водяной пар как рабочее тело широко используется в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах, в том числе и в су­ шильных машинах.

Для идеальных газов при переходе из одного состояния в дру­ гое справедливо уравнение

— = const.

Эта зависимость представляет собой очень важную характери­ стику газового состояния. Она показывает, что для данного иде-

8

ального газа между его параметрами (давлением, удельным объ­ емом и абсолютной температурой) существует однозначная зави­ симость. Если произвольно изменить значения двух параметров

в джоулях, совершаемую единицей массы идеального газа при постоянном давлении и повышении его температуры на ГС. Для водяного пара /?п = 461,7 Дж/кг-град, для сухого воздуха Rr=

= 283,1 Дж/кг-град.

Зависимость (1) называется уравнением состояния идеального газа или его характеристическим уравнением; его называют урав­ нением Клайперона—Менделеева. Для реальных газов характе­ ристические уравнения сложнее.

Перегретый пар, находящийся во влажном воздухе, при обыч­ ных условиях сушки имеет небольшое давление и значительный объем. Поэтому для него без значительной погрешности можно ис­

Это уравнение позволяет при известном объеме для заданных параметров рТ определять G, и наоборот.

2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

Для сушки лубоволокнистых материалов используется влажная газообразная среда, представляющая собой смесь сухого воздуха (или газа) и водяного пара. Эта среда называется а г е н т о м с у ш ­ ки. Воздух в смеси с водяным паром называют влажным. В расче­ тах сушилок влажный воздух характеризуют следующими парамет­ рами: температурой t(T), атмосферным давлением В, парциаль­ ными давлениями водяного пара рп и сухого воздуха рБ, абсолют­ ной влажностью (плотностью) рп, относительной влажностью ср, влагосодержанием d, температурой точки росы /р, удельным и при­ веденным объемами пв и vnp, теплосодержанием i и приведенным теплосодержанием I. Ряд параметров влажного воздуха (d, пПр, /) относят к массе сухого воздуха. Это упрощает расчеты, создает удобства при сравнении воздуха различных состояний. Объяс­ няется это тем, что количество сухого воздуха при отсутствии в сушильной машине утечек и подсосов остается неизменным. Ко­ личество водяного пара, а значит и влажного воздуха, меняется в процессе сушки за счет влаги, испаряемой из высушиваемого материала.

При установлении связи между отдельными параметрами влаж­ ного воздуха, представляющего собой смесь сухого воздуха и во­ дяного пара незначительного давления, будем пользоваться обыч­ ными характеристическими уравнениями (1) и (2).

9