Способы подвода тепла при сушке
Удаление влаги из твердых и пастообразных материалов позволяет удешевить их транспортировку, придать им необходимые свойства (например, уменьшить слеживаемость удобрений или улучшить растворимость красителей), а также уменьшить коррозию аппаратуры и трубопроводов при хранении или последующей обработке этих материалов.
Влагу можно удалять из материалов механическими способами (отжимом, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием). Однако более полное обезвоживание достигается путем испарения влаги и отвода образующихся паров, т. е. с помощью тепловой сушки.
Этот процесс широко используется в химической технологии. Он часто является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску готового продукта. При этом предварительное удаление влаги (до влажности 20 — 30%) обычно осуществляется более дешевыми механическими способами (например, фильтрованием или центрифугированием), а окончательное – сушкой. Такой комбинированный способ удаления влаги позволяет повысить экономичность процесса.
В химических производствах, как правило, применяется искусственная сушка материалов в специальных сушильных установках, так как естественная сушка на открытом воздухе – процесс слишком длительный.
По своей физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду. Как будет показано ниже, удаление влаги при сушке сводится к перемещению тепла и вещества (влаги) внутри материала и их переносу с поверхности материала в окружающую среду. Таким образом, процесс сушки является сочетанием связанных друг с другом процессов тепло- и массообмена (влагообмена).
По способу подвода тепла к высушиваемому материалу различают следующие виды сушки:
1. Конвективная сушка осуществляется путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого обычно используют нагретый воздух или топочные газы (как правило, в смеси с воздухом).
2. Контактная сушка осуществляется путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку.
3. Радиационная сушка осуществляется путем передачи тепла инфракрасными лучами.
4. Диэлектрическая сушка – путем нагревания в поле токов высокой (ТВЧ) и сверхвысокой (СВЧ) частоты;
5. Сублимационная сушка – сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме. По способу передачи тепла этот вид сушки аналогичен контактной, но своеобразие процесса заставляет сублимационную сушку выделять в особую группу.
Последние три вида сушки применяются относительно редко и обычно называются специальными видами сушки.
Высушиваемый материал при любом методе сушки находится в контакте с газом, который называется сушильным агентом. В большинстве случаев в качестве сушильного агента используют нагретый атмосферный воздух, который имеет определенную влажность. При конвективной сушке влажному газу (являющемуся сушильным агентом) принадлежит основная роль в процессе. Поэтому изучение свойств влажного газа необходимо при рассмотрении процессов сушки и их расчетах.
Стоимость процесса сушки в основном зависит от исходной влажности материала и от способа сушки. В качестве теплоносителя для сушки используют разбавленные дымовые газы, полученные от сжигания природного горючего газа, дизельного топлива, горячий воздух, нагретый в теплообменниках (калориферах) греющим паром, электронагревателями (ТЭНами). Наиболее дешевый и экономичный теплоноситель — природный газ, самый дорогой — электронагрев. В таблице приведены сравнительная стоимость удаления 1 кг влаги из материалов с использованием различных видов топлива.
Сравнительная стоимость испарения 1 кг влаги
при использовании различных видов топлива
Вид топлива
Тип и к.п.д. сушилки
Расход топлива
на 1 кг влаги
Источник
Классификация способов сушки.
Введение
Сушка – это процесс удаления из материалов влаги путем ее испарения и отвода образовавшихся паров. Аппараты, в которых осуществляют сушку, называют сушилками. По способу сообщения тепла различают конвективные, контактные, терморадиационные, сублимационные и высокочастотные сушилки.
Процессы сушки широко применяются в промышленности и сельском хозяйстве. Объектами сушки могут быть разнообразные материалы на различных стадиях их переработки (сырьё, полуфабрикаты, готовые изделия).
Сушкой называется процесс удаления из материала любой жидкости, в результате чего в нём увеличивается относительное содержание сухой части. На практике при сушке влажных материалов, в том числе пищевых продуктов, удаляют главным образом воду, поэтому под сушкой понимают процесс обезвоживания материалов. Таким образом, хотя понятие сушка является более общим, однако практически термин “сушка” и “обезвоживание” являются идентичными.
Материалы сушатся с различной целью: для уменьшения массы (это удешевляет их транспортировку), увеличения прочности (керамические изделия, древесина), повышения теплоты сгорания (топливо), повышения стойкости при хранении и для консервирования (зерно, пищевые продукты, биопрепараты).
Большинство пищевых продуктов являются влажными телами, содержащими значительное количество воды. Вода входит в состав растительных и животных тканей и являются необходимой составной частью пищи человека. Однако избыток воды снижает питательную ценность пищевых продуктов, значительно удорожает их транспортировку и может вызвать порчу продуктов вследствие жизнедеятельности различных микроорганизмов в водной среде. Поэтому большинство пищевых продуктов подвергают сушке, в процессе которой их влажность значительно снижается.
Сушка – это сложный технологический (физико-химический) процесс, который должен обеспечить не только сохранение качественных показателей материала, но в ряде случаев и улучшение этих показателей.
Процесс тепловой сушки пищевых продуктов заключается в переводе влаги, находящейся в них, в парообразное состояние и удаление образующегося пара во внешнюю, окружающую продукты, среду.
Существуют различные методы сушки материалов. Можно выделить 2 основных принципа:
1) удаление влаги из материала без изменения её агрегатного состояния – в виде жидкости,
2) удаление влаги из материала с изменением её агрегатного состояния, т.е. при фазовом преобразовании жидкости в пар.
Повышение производительности сушильных установок может быть достигнуто как экстенсивным методом, т.е. путём увеличения габаритов сушильной камеры, сокращением простоев и т.п., так и более эффективными интенсивными методами, путём повышения скорости сушки и соответствующего сокращения продолжительности процесса. Повышение концентрации сухого вещества, в очень сложных системах путём выпаривания при многократном использовании тепла в многокорпусной выпарной установке является так же более экономичным, чем процесс сушки испарением.
Классификация способов сушки.
· По способу воздействия сушильного агента
Естественная сушка — сушка на открытом воздухе при естественном освещении, без влияния человека на факторы интенсифицирующие процесс (температуры продукта и сушильного агента (воздуха), давление, скорость движения сушильного агента, влажность и т. д.). Используется для сушки плодов, ягод, грибов в регионах с подходящими климатическими условиями.
Искусственная сушка — производиться в специальных аппаратах (сушильных установках), с принудительным изменением факторов, влияющих на интенсивность процесса (температура, давление влажность, геометрические размеры объекта сушки и т. д.).
· По давлению в рабочей камере
Атмосферная — сушильным агентом является, как правило, атмосферный воздух с отклонением давления в сушильной камере не выше 49 МПа.
Вакуумная — сушка производится в вакууме.
Под избыточным давлением.
· По способу подвода тепла к влажному материалу сушилки классифицируются на:
Конвективные — тепловая энергия передается конвекцией;
Кондуктивные (контактные) — тепловая энергия передается с помощью теплопроводности;
Терморадиационные — тепловая энергия передается с помощью термоизлучения;
Высокочастотные — тепловая энергия преобразуется из электрической внутри высушиваемого материала;
Комбинированные — передача тепла осуществляется с помощью комбинаций вышеупомянутых способов.
· В зависимости от направления движения высушиваемого материала и сушильного агента
Прямоточные — направление движения высушиваемого материала и сушильного агента совпадает;
Противоточные — направление движения высушиваемого материала и сушильного агента противоположное;
Перекрёстные — направление движения высушиваемого материала и перпендикулярно направлению сушильного агента
Виды сушки
Инфракрасная сушка. Наиболее актуальной и перспективной в данный
момент является сушка продуктов питания с применением инфракрасного излучения. Инфракрасное излучение твердых тел обусловлено возбуждением молекул и атомов тела вследствие их теплового движения. При поглощении инфракрасного излучения облучаемым телом в нем увеличивается тепловое движение атомов и молекул, что вызывает его нагревание. Перенос энергии происходит от тела с большим потенциалом переноса тепла к телу с меньшим потенциалом. Для пищевых продуктов глубина проникновения инфракрасных лучей достигает 6 — 12 мм. На эту глубину проникает небольшая часть энергии излучения, но температура слоя, лежащего на расстоянии 6-7 мм от поверхности материала, растет значительно интенсивнее, чем при нагреве конвективным способом. Коротковолновые инфракрасные лучи оказывают более сильное воздействие на пищевые продукты как за счет большой глубины проникновения, так и более эффективного воздействия на молекулярную структуру продуктов.
Инфракрасная сушка продуктов питания, как технологический процесс, основана на том, что инфракрасное излучение определенной длинны волны активно поглощается водой, содержащейся в продукте, но не поглощается тканью высушиваемого продукта, поэтому удаление влаги возможно при невысокой температуре (40-60 градусов Цельсия), что дает практически полностью сохранить витамины, биологически активные вещества, естественный цвет, вкус и аромат подвергающихся сушке продуктов. Оборудование для сушки овощей и фруктов, мяса и рыбы, зерна, круп и других пищевых и непищевых материалов основанное на использовании инфракрасного излучения является наиболее перспективным в настоящее время.
Сушка продуктов по данной технологии позволяет сохранить содержание витаминов и других биологически активных веществ в сухом продукте на уровне 80-90% от исходного сырья.
Сублимационная сушка продуктов (сублимационная вакуумная сушка, также известная как лиофилизация или возгонка) — это удаление влаги из свежезамороженных продуктов в условиях вакуума.
В настоящее время этот метод сушки продуктов является наиболее совершенным, но в то же время и наиболее дорогостоящим. Этот способ был открыт в начале прошлого века, однако использовался только для производства довольно ограниченного количества и ассортимента сухопродуктов для нужд армии и космонавтики.
Акустический метод сушки продуктов основан на воздействии на обезвоживаемый продукт интенсивных ультразвуковых волн. Данный процесс сушки носит циклический характер, волна выбивает влагу, находящуюся на поверхности продукта, затем оставшаяся влага равномерно распределяется по капиллярам и процесс повторяется снова. Это происходит до тех пор, пока продукт не достигнет заданной влажности.
Акустический способ позволяет сушить широкий набор материалов: продукты сельского хозяйства (зерно, овощи, фрукты и другие), древесина, хлопок, лекарственные препараты и травы, бумага, продукция химической и других отраслей промышленности.
Кондуктивный способ сушки пищевых продуктов основывается на передаче тепла высушиваемому продукту путем непосредственного контакта с нагреваемой поверхностью сушильного оборудования.
Источник
Способы сушки. Способы подвода тепла.
1. прерывныей – на начальном этапе только влагопроводность потом происходит откачка воздуха и создается определенная влажность
2. непрерывный – одновременно влагопроводность и теплопроводность
Способы подвода тепла:
1. внутренний обогрев за счет подвода тепла к тпж (=I по тпж) (при прерывной сушки)
2. внешним из окружающей среды (инфракрасное излучение)
3. комбинированное 1+2 (при непрерывной сушки).
Выбор Т – минимальное время сушки, недопущение термического разрушения материала.
При сушки на Ратм Т-ра не выше 110 С, при остаточном давлении Т-ра меньше 150 С.
Чем ниже давление тем быстрее процесс сушки. Происходит откачка паров воды из окружающей среды.
Оборудование для сушки.
СПА – сушильно-пропиточный аппарат.
1- Корпус СПА (Æ 3 ¸ 4м)
2- Паровая рубашка
4- Паровая рубашка керна
6- Корзины с кабелем
7- Токовые вводы
9- Вакуумный трубопровод
10- Конденсационная колонка
11- Вакуумный насос
13- Смотровое окно
Условия сушки кабеля в верхней и нижней корзинах неодинаковы, а значит и электрические характеристики кабеля. После сушки проводят пропитку.
Пропитка изоляции
1. Для увеличения электрической прочности.
2. Для увеличения теплопроводности
3. От увлажнения.
Требования к пропиточным составам и маслам.
Ø до U=35 кВ пропитка специальными составами.
1. ПС должен иметь малую вязкость при температуре пропитки, чтобы повысить скорость пропитки и полноту.
2. Состав должен иметь повышенную вязкость при рабочей температуре, для предотвращения стекания состава вдоль кабеля при наклонном его расположении.
3. ПС должен обладать газо-поглощающей способностью.
4. ПС должен обладать стабильными электрическими характеристиками.
Ø Минеральные масла. (U = 110 кВ и выше)
1. ПС должен обладать пониженной вязкостью, чтобы уменьшить давление в канале при перемещении масла при тяговых переходных процессах.
Для кабелей МВДТ используется масло повышенной вязкости. Чем больше вязкость, тем больше импульсная прочность.
2. Стабильные электрические характеристики
3. ПС должен обладать газо-поглощающей способностью.
Марки масел: П-28, МС-20 – авиационное масло, НМ-25 – кабельное масло
В качестве загустителя используют канифоль, полиизобутилен, полиэтиленовый воск и др.
1. Если характеристики поступившего масла соответствуют стандарту, то можно сразу подавать на приготовление пропиточного состава до 35 кВ.
2. Если кабели на 35 кВ, то масло передаётся на переработку.
3. Минеральные масла все перерабатываются.
После цикла сушки – пропитки корзины с кабелем и пропиточным составам извлекают из СПА и отправляют на охлаждение. Берут пробу проверяют Епр, rv при 100°С, tgd при 100°С, если все характеристики отвечают стандартам то пропиточный состав идёт на пропитку кабелей 1 ¸ 6 кВ. Его извлекают из СПА в маслохранилище или в СПА где закончилась сушка и надо впускать пропиточный состав. Добавляют всегда со свежим. Для U = 10 ¸ 35 кВ масло из СПА идёт на переварку или на дегазацию.
Пропиточный состав пропускают через фильтр и он идёт на переварку.
Дата добавления: 2015-11-26 ; просмотров: 653 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
