Powinieneś wiedzieć:  suszenie

    Suszenie jest procesem wykorzystywanym w przemyśle, w celu otrzymania produktu lub przedłużenia trwałości i wytrzymałości materiału. Proces ten polega na usunięciu bądź zredukowaniu ilości wody znajdującej się w ciele stałym, poprzez przekazanie jej do czynnika suszącego. Najczęściej wykorzystywanym czynnikiem suszącym jest powietrze lub mieszanina powietrza i produktów spalania paliwa. Proces suszenia przebiega przez jednoczesny ruch ciepła i masy. Czynnik suszący przekazuje ciepło do materiału wilgotnego i  jednocześnie pochłania z  niego wilgoć. Odpowiednio dobrane parametry czynnika suszącego, takie jak strumień, temperatura i wilgotność, pozwalają na usunięcie z materiału suszonego wymaganej ilości wilgoci.

Materiały wilgotne

Materiały sypkie poddawane suszeniu ze względu na zachowanie się w czasie procesu można podzielić na dwie grupy.

1.Materiały krystaliczne lub zgranulowane, w  których wilgoć znajduje się w otwartych porach  i pomiędzy cząsteczkami materiału. materiały pochodzenia nieorganicznego, które nie zmieniają swoich właściwości podczas suszenia np.: piaski, wapienie, bentonit, itp.

2.Materiały pochodzenia organicznego, gdzie wilgoć stanowi integralną część struktury materiału zamkniętą w porach wewnętrznych. Podczas suszenia takie materiały mogą kurczyć się i pękać a  w przypadku źle dobranych parametrów suszenia może wytworzyć się warstwa uniemożliwiająca ruch wilgoci z wnętrza materiału. Do tej grupy można zaliczyć np.: biomasę, warzywa, owoce, zboże itp.

W  odniesieniu do ciał stałych używa się dwóch rodzajów wilgotności :             

                                        wilgotność względnej i bezwzględnej.

• Wilgotność względna definiowana jest jako ilość cieczy zawartej w materiale wilgotnym, wyrażona w jednostkach masy na jednostkę masy lub podawana jest w procentach .
• Wilgotność bezwzględna jest to zawartość cieczy w materiale wilgotnym wyrażoną w jednostkach masy na jednostkę suchego materiału

       Te dwa rodzaje wilgoci są ze sobą powiązane w postaci zależności .

Suszenie

Odparowywanie wilgoci z materiału suszonego do czynnika suszącego będzie zachodzić, gdy równowaga prężności pary nad materiałem jest większa niż prężność cząstkowa pary wodnej w czynniku suszącym.

Proces ten będzie trwał do osiągnięcia przez układ stanu równowagi, czyli do momentu, kiedy prężność równowagowa pary wodnej nad materiałem i prężność cząstkowa pary wodnej w czynniku suszącym będą sobie równe.

Prężność pary wodnej nad materiałem wilgotnym jest wywierana przez ciecz znajdującą się na zewnętrznej warstwie materiału suszonego i zależy od charakteru wilgoci, rodzaju ciała stałego i temperatury .

PROCES SUSZENIA PROWADZI SIĘ W SUSZARKACH, KTÓRE MOŻNA PODZIELIĆ W ZALEŻNOŚCI OD:

Wśród najczęściej wykorzystywanych można wymienić suszarki:

• bębnowe przeponowe i bezprzeponowe,
• fluidyzacyjne

 SUSZARKI BĘBNOWE

 Suszarki bębnowe używamy w procesie suszenia materiałów sypkich, takich jak:

piasek, wapienie, popioły, węgiel, stłuczka szklana, nawozy sztuczne, biomasa,osady ściekowe itp. Istota działania tego typu suszarki polega na unoszeniu materiału poprzez obrót bębna. Materiał następnie opada w strumieniu gorącego czynnika suszącego, który przepływa przez bęben we współ- lub przeciwprądzie w stosunku do materiału.

Kierunek przepływu gazu suszarniczego ma istotne znaczenie dla warunków suszenia materiału.

• Kierunek współprądowy – zaleca się do materiałów, które wymagają usunięcia znacznej ilości wilgoci.
• Kierunek przeciwprądowy – zaleca się do materiałów, które wymagają łagodnego suszenia w stanie wilgotnym i dopiero po częściowym odparowaniu wilgoci, mogą być intensywniej suszone.

Suszarki bębnowe bezprzeponowe stosuje się gdy mamy do wysuszenia materiały, które mogą kontaktować się bezpośrednio z gorącym powietrzem lub gazami spalinowymi w których nie występują lotne składniki łatwo palne lub szkodliwe dla otoczenia. W  suszarkach bezprzeponowych bęben może mieć średnicę do ok. 4 m i długość do ok. 30 m. Aby ułatwić przesuwanie się materiału wewnątrz bębna, montowany jest on pod pewnym kątem

Suszarki bębnowe przeponowe stosuje się w urządzeniach gdzie ruch ciepła odbywa się w wyniku przewodzenia  przez ścianki suszarki lub przez wewnętrzne rury grzejne. Dzięki zastosowaniu czynnika grzewczego w suszarce może być utrzymywana stała temperatura,co pozwala na suszenie materiałów o malejącej szybkości suszenia oraz materiałów nieodpornych na działanie wysokiej temperatury .

SUSZARKI FLUIDYZACYJNE

Suszarki fluidyzacyjne są stosowane do usuwania wilgoci z materiałów sypkich. Zasada działania tych urządzeń polega na wprowadzeniu gazu suszarniczego do dolnej części aparatu, w którym na przegrodzie o odpowiedniej przepuszczalnej budowie umieszczone jest złoże z materiału sypkiego.Doprowadzenie gazu suszarniczego o odpowiednim strumieniu powoduje rozluźnienie się złożamateriału do stanu, w którym cząstki otoczone są przez gaz i mogą się poruszać w obrębie złoża. Objętościowy współczynnik wnikania ciepła jest o 10-20 razy większy od współczynnika w suszarkach bębnowych ale mają też wady: mogą być stosowane do materiałów o krótkim okresie suszenia, nie nadają się do materiałów zawierających dużo wilgoci, są bardzo energochłonne ze względu na znaczne straty ciśnienia w układzie.

SUSZARKI PNEUMATYCZNE

Do suszenia materiałów sypkich  wykorzystuje się również zjawisko transportu pneumatycznego. Materiał wprowadzany jest do rurociągu, gdzie zostaje porwany przez przepływający czynnik suszący. Suszenie przebiega wzdłuż drogi transportu  w przewodzie. Cechą tych urządzeń jest wysoka intensywność wymiany ciepła i masy pomiędzy materiałem wilgotnym a czynnikiem suszącym. Spowodowane jest to dużą prędkością przepływu gazu suszącego, a co za tym idzie znacznym rozwinięciem powierzchni materiału suszonego. W  suszarkach pneumatycznych najlepiej suszą się materiały łatwo przesypujące się, nielepkie,  o małych średnicach cząstek 1-2 mm.

• Zalety- krótki czas kontaktu ,współprądowy przepływ materiału i czynnika suszącego, możliwość stosowania wysokich temperatur na wlocie urządzenia, możliwość wykorzystania suszarki jako przenośnika ciała stałego, małą powierzchnię zabudowy oraz łatwość kontroli i  zmiany parametrów gazu suszącego.
• Wady- konieczność stosowania kosztownych wysoko sprawnych urządzeń odpylających. Dobór urządzeń suszących nie jest prosty ze względu na złożony charakter procesu i zmienne parametry wilgotnościowe powietrza   
• Konwekcja

 proces przekazywania ciepła związany z makroskopowym ruchem materii w płynie; gazie, cieczy bądź plazmie, np. powietrzu , wodzie , plazmie gwiazdowej . Czasami przez konwekcję rozumie się również sam ruch materii związany z różnicami temperatur , który prowadzi do przenoszenia ciepła

                                    Ciepło

to ta część energii wewnętrznej, która samorzutnie przechodzi od ciała cieplejszego do chłodniejszego.kontakt termiczny jest warunkiem koniecznym przepływu ciepła.

                                      Dżul, J

 jednostka pracy i energii w układzie SI, która równa jest pracy wykonanej przez siłę 1 N w kierunku jej działania na drodze o długości 1 m (1 J = 1N·1 m

                                     Niuton

 jest to jednostka siły występująca w układzie SI, oznaczana symbolem N. Siła o wartości 1N odpowiada sile, jaka jest wymagana do nadania ciału o masie 1kg przyśpieszenia równego 1 m/s

                                          Moc cieplna

 ilość ciepła wytworzonego lub dostarczonego do podgrzania określonego nośnika ciepła albo ilość ciepła odebranego z tego nośnika w jednostce czasu.

             https://www.jednostek.pl/energii

            https://www.liczby.pl/przelicznik/energii

Kilowatogodzina (symbol: kWh)

 jednostka pracy, energii oraz ciepła. 1 kWh odpowiada ilości energii, jaką zużywa przez godzinę urządzenie o mocy 1000 watów, czyli jednego kilowata (kW). To jednostka wielokrotna jednostki energii – watosekundy (czyli dżula) w układzie SI

 Wat

 jednostka mocy lub strumienia energii w układzie SI (jednostka układu SI), oznaczana symbolem W. Nazwa wat pochodzi od nazwiska Jamesa Watta.

      http://www.cwtd.pl/podstawowe-definicje/

przykładowe obliczenia na przykładzie drewna.

 Ilość ciepła potrzebna do wysuszenia drewna nie zależy od gatunku ani jego grubości czy rodzaju, tylko wodą zawartą w drewnie .Wodę musimy usunąć – odparować. Drewno jest siatką dla utrzymania wody. Musimy określić więc, ile wody jest w drewnie, ile odparowuje, ile zostaje. Wprowadzamy więc pojęcia masa drewna mokrego, masa drewna całkowicie suchego i masa wody. Wszystko odnosić będziemy do 1m3 drewna.

masa drewna mokrego –   masa drewna suchego

————————————————————————– = Y x 100 %=wilgotność drewna

masa drewna  suche

Możemy więc wyliczyć na podstawie danych dla sosny, że:

• – masa drewna mokrego: 1m3 = 700 kg
• – masa drewna suchego: 1m3 = 480 kg
• – podstawiamy do wzoru 700- 480 podzielić przez 480 = 0,458 x 100 % = 45,8%

Jeżeli to drewno wysuszymy do 18 %, to :   x= 0,18 x 480 + 480= 566 kg

ubytek wagi wynosi 700 – 566 = 134 kg

Musimy więc znać wagę mokrego, suszonego i całkowicie suchego drewna .

Jednostką ciepła jest dżul  (J), jednostka zbyt mała, więc operuje się  Megadżulami 1000 J lub kilowatogodzinami.

    1 kWh=3,6 MJ czyli 1 MJ=0,27k Wh

Bilans ciepła do wysuszenia 1m3 drewna tarcicy składa się z :

• – ciepło odmrażania wody w drewnie (topienia lodu) 0,334 MJ/kg;

• – ciepło ogrzania wody zawartej w drewnie 0,004186 MJ/kg/ºC;

• – ciepło ogrzania suchej masy drewna 0,001674 MJ/kg/ºC;

• – ciepło parowania wody 2,359 MJ/kg;

• – ulot ciepła przez ściany 0,00144 MJ/m2/ ºC;

• – ulot ciepła przez płytę fundamentową 0,036 MJ/m2/ ºC;

• – ciepło do ogrzania powietrza wlotowego suszarni 20 MJ/m3 drewna;

• – straty inne, sprawność urządzeń.

  ---