Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 [ 109 ] 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

ГЛАВА X СУШКА

ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СУШКЕ

Сушка - термодинамический, диффузионный процесс удаления жидкости из твердых материалов путем ее испарения. Аппараты для осуществления процесса сушки называются сушилками.

Испарение жидкости из твердого материала может происходить при различных температурах, однако если парциальное давление паров жидкости в порах материала выше равновесного давления в окружающей среде, то для ускорения процесса сушки подводится тепло. В зависимости от способа подвода тепла для испарения жидкости и способа удаления образовавшихся паров различают следующие методы сушки:

газовая (конвективная) сушка, характеризующаяся непосредственным контактом высушиваемого материала с потоком нагретого газа (воздух, топочные газы, азот и т.п.), который сообщает тепло, одновременно поглощая и унося с собой образовавшиеся пары;

контактная (кондуктивная) сушка, при которой тепло сообщается высушиваемому материалу каким-либо теплоносителем, действующим через поверхность нагрева, чаще всего используется насыщенный водяной пар, который при этом конденсируется. При контакте с поверхностью теплообмена (плоская стенка, трубный пучок и т.п.) высушиваемый материал нагревается. Испарившаяся жидкость уходит из материала в виде паров (например, пары растворителя), которые удаляются из сушилки и могут быть направлены на конденсацию и затем возвращены в технологический цикл. В контактных сушилках часто создают вакуум, что позволяет ускорить процесс сушки и проводить его при меньшей температуре высушиваемого материала, т.е. при увеличенной разности температур между теплоносителем и высушиваемым материалом;

радиационная сушка, реализуемая путем передачи тепла инфракрасным излучением. Этот способ используют для высушивания тонколистовых материалов и лаковых покрытий;

диэлектрическая сушка, при которой материал высушивается в поле тока высокой частоты. Такой способ применяется для сушки толстолистовых материалов, он позволяет регулировать температуру не только на его поверхности, но и в глубине материала;

сублимационная сушка, при которой влага из предварительно замороженного состояния, минуя жидкое, переходит в парообразное состояние. Процесс осуществляется при глубоком вакууме и низких температурах.

В процессах нефтегазопереработки наиболее часто приходится иметь дело с газовой сушкой влажных материалов нагретым воздухом или горячими дымовыми газами и контактной сушкой, поэтому дальнейшее изложение материала ведется применительно к этим случаям сушки. Рассмотренные далее основные закономерности могут быть применены и при удалении других жидкостей из твердых материалов.

В данной главе не рассмотрены также некоторые специалы1ые случаи удаления влаги из газов и жидкостей, на практике называемые "осушкой", поскольку они представляют другие процессы: абсорбцию (осушка газов растворами диэтиленгликоля и триэтиленгликоля,-адгсорбцию (осушка газов силикагелем); центробежное или электрическое осаждение капель воды (осушка масел).

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

Для расчета воздушных сушилок необходимо знать основные характеристики влажного воздуха (смесь воздуха с водяными парами): температуру, относительную влажность, влагосодержание, энтальпию. Температура воздуха или дымовых газов, используемых для сушки, выбирается в зависимости от свойств высушиваемого материала и может изменяться в широких пределах.

Относительной влажностью воздуха ф называется отношение массы водяного пара, фактически находящегося в воздухе, к массе насыщенного водяного пара, который мог бы быть в данном объеме при той же температуре. Эта величина изменяется от нуля для абсолютно сухого воздуха до 100 % (или единицы, если относительная влажность измеряется в долях единицы) для насыщенного.

Масса водяного пара, содержащегося в 1 м воздуха, численно равна

плотности водяного пара р„, находящегося в перегретом состоянии, а максимально возможное его содержание равно плотности насыщенного пара при данной температуре воздуха. Следовательно,

Ф = Рп/Рн-

Из уравнения состояния газов следует, что откуда

<? = Ри/Р.- (Х.1)

Относительная влажность является показателем работоспособности воздуха при сушке: чем больше величина ф отличается от единицы, тем больше влаги может перейти из высушиваемого материала в воздух. При Ф = 100 % воздух полностью насыщен и влага больше не может испаряться в воздух. При нагревании и охлаждении воздуха величина ф изменяется

вследствие изменения величины Р„ при изменении температуры [см. уравнение (Х.1)].

Характерным параметром влажного воздуха является его влагосодержание X, т.е. масса влаги в килограммах, приходящаяся на один килограмм сухого воздуха (кг/кг сухого воздуха). Эта характеристика не изменяется при нагревании и охлаждении воздуха.

В соответствии с уравнением состояния газов можно записать следующие выражения:

для водяного пара

p„V = 47,irG„,

для сухого воздуха в том же объеме V р.У = 29.3ГС..

Отсюда массы водяного пара и воздуха в объеме V будут равны

47,1 Г 29137

Согласно определению влагосодержания, исходя из вышеприведенных уравнений, получим

х = = . = 0,622. (Х.2) G. 47,1 р. р

Поскольку общее давление системы к равно сумме парциальных давлений водяного пара р„ = ф и сухого воздуха р,, уравнение (Х.2) можно записать следующим образом:

X = 0,622 -2- = 0,622 -Es-. (Х.З)

Плотность влажного воздуха определяют из выражения

Р«. = P.(l + x)• Энlnaльлuю влажного воздуха Н, отнесенную к 1 кг сухого воздуха при температуре t (за начало отсчета принята температура О "С), определяют по уравнению

H = C,t + xH. (Х.4)

где С, - средняя теплоемкость сухого воздуха в интервале температур от О до Н - энтальпия водяного пара.

При температурах до 250 - 300 "С средняя теплоемкость воздуха может быть принята равной С, = 1 Дж/(кгС), или 0,24 ккал/(кгС). В этих же пределах температур можно с достаточной точностью считать

Я = 595-н0 46 t.

С учетом этого энтальпия влажного воздуха (в ккал/кг) может быть определена по следующему уравнению:

H = 0,24f + x(595+0,46f).

РАВНОВЕСНАЯ ВЛАЖНОСТЬ И ВИДЫ СВЯЗИ ВЛАГИ С МАТЕРИАЛОМ

Практически любой твердый материал способен поглощать влагу из окружающей среды или отдавать ее окружающей среде. Это зависит от соотношения величин давления водяного пара во влажном материале р„, обусловленного присутствием влаги и температурой, и парциальным давлением водяного пара р„ в окружающей среде. Процесс сушки протекает при условии, что р„ > р„. Если р„ > р„, то материал будет поглощать влагу.

Давление водяного пара во влажном материале р„ зависит от влажности материала, температуры и вида связи влаги с материалом. При увеличении температуры и влажности материала величина р„ возрастает.