Балансы процесса сушки
Основными задачами расчетов процесса сушки являются определение расходов агента сушки и теплоты, необходимой для удаления определенной массы влаги. Для решения этих задач составляют материальный и тепловой балансы процесса сушки.
Материальный баланс сушки
Материальный баланс составляется для определения расхода агента сушки. В процессе сушки происходит удаление влаги из сушимого материала и изменение его массы. Масса абсолютно сухого материала не изменяется.
Для составления баланса сушки введем обозначения:
G1 – масса влажного материала, поступающего в сушилку, кг;
G2 – масса высушенного материала, выходящего из сушилки, кг;
W1 – начальная влажность материала до сушки, %;
W2 – конечная влажность материала после сушки, %;
L– расход абсолютно сухого воздуха, проходящего через сушилку за 1 ч, кг/ч;
d1 – влагосодержание горячего воздуха (агента сушки) – масса водяного пара, приходящаяся на 1 кг сухого воздуха, г/кг;
d2 – влагосодержание влажного воздуха после сушки, г/кг;
d0 – влагосодержание влажного воздуха, поступающего в калорифер для нагревания, г/кг.
При отсутствии утечек и подсосов считается, что L остается постоянной.
Уравнения материального и теплового балансов составляются за 1 ч.
При установившемся процессе сушки масса влаги, поступившей в сушилку, должна быть равна массе влаги, выносимой из сушилки. В сушилку влага поступает с влажным материалом и с агентом сушки. Из сушилки влага уходит с отработанным влажным агентом сушки и высушенным материалом, то есть
(5.8)
или при 
. (5.9)
Левая часть этого уравнения представляет собой массу испаренной влаги W, кг/ч.
. (5.10)
Для расчета W можно использовать зависимость
. (5.11)
Тогда
, (5.12)
где 
– удельный расход сухих газов на сушку, кг/кг испаренной влаги.
При нагревании теплоносителя в топке или калорифере без дополнительной подачи в сушилку воздуха или отработанного теплоносителя вдагосодержание агента сушки будет величиной постоянной (d1=d0), поэтому выражение для l можно записать так
. (5.13)
Таким образом, удельный расход теплоносителя зависит только от начального и конечного влагосодержания воздуха.
Тепловой баланс сушки
Тепловой баланс процесса сушки составляется для расчета теплоты, необходимой для удаления определенной массы влаги из продуктов. Различают теоретическую и практическую сушилки. Под теоретической подразумевается сушилка, в которой нет потерь тепла и добавочного притока тепла. Все тепло, сообщаемое сушильному агенту, расходуется на испарение влаги и на потерю тепла с уходящим отработанным агентом сушки. При этом считают, что температура материала в процессе сушки не изменяется.
Введем обозначения:
J0, J1, J2, J3 – теплосодержание соответственно входящего продукта, входящего воздуха перед калорифером, выходящего из сушилки воздуха и выходящего высушенного продукта, Дж/кг.
Теплосодержание или удельная энтальпия J – количество тепла, которое необходимо затратить на нагрев при неизменном давлении 1 кг или 1 м3 пара или газа от 0°C до его температуры, Дж/кг.
L – масса абсолютно сухого воздуха, проходящего через сушилку, кг/ч;
Qк – расход тепла в нагревательной установке, Дж;
см – удельная теплоемкость вещества, Дж/кг·К.
Удельной теплоемкостью см называют количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества, чтобы увеличить его температуру на 1 К, Дж/кг·К. Произведение удельной теплоемкости на массу тела – это теплоемкость вещества С, Дж/К.
Составим баланс тепла поступающего и выходящего из сушилки за 1 ч.
В сушилку тепло поступает:
– с исходным влажным материалом G1смq1;
– с атмосферным воздухом перед калорифером LJ0;
– от нагревательного устройства Qк.
Из сушилки тепло уходит:
– с высушенным материалом G2смq2;
– с отходящими газами LJ2;
– потери тепла в окружающую среду при излучении с поверхности сушильной камеры и прочие потери на утечку Qп.
Уравнение теплового баланса при установившемся режиме сушки будет иметь вид
. (5.14)
Массу влажного материала представим через сумму масс высушенного материала и испаренной влаги 
и подставим в уравнение (5.14), тогда
, (5.15)
где сВ – удельная теплоемкость воды.
Определим необходимое количество тепла в калорифере
. (5.16)
Разделим обе части уравнения (5.16) на W
. (5.17)
Обозначим:
– удельный расход тепла на 1 кг испаренной влаги в калорифере, Дж/кг;
– удельный расход тепла на нагревание материала, Дж/кг;
– количество теплоты, поступающее с 1 кг воды в исходном материале, Дж/кг;
– количество теплоты, приходящееся на 1 кг испаренной влаги, Дж/кг;
– удельные потери тепла сушилкой в окружающую среду, Дж/кг.
Тогда тепловой баланс сушилок на дымовых газах, отнесенный к 1 кг испаренной влаги, будет иметь вид
. (5.18)
Значительное упрощение в расчеты сушилок вносит предложенная проф. Л.К. Рамзиным диаграмма J – d влажного воздуха при постоянном барометрическом давлении Р=0,097 МПа. По этой диаграмме могут быть определены расходы тепла qк и воздуха l, а также основные величины сушильного процесса. Метод расчета сушилок по J – d диаграмме применяется в настоящее время в металлургии и описан в литературе [1, 4].
Для определения расхода топлива на сушку B, кг/ч необходимо общий расход тепла разделить на теплотворную способность применяемого топлива
, (5.19)
где h – к.п.д. топки с учетом потерь тепла в окружающую среду;
– высшая теплота сгорания топлива, Дж/кг.
Расход топлива B, кг/ч, также определяют через расчетное количество сухих газов
, (5.20)
где 
– расход сухих газов на испарение W кг влаги за 1 ч, кг/ч;
– к.п.д. топки с учетом потерь тепла от химической и механической неполноты сгорания топлива;
GС.Г – масса сухих газов, образующихся при сжигании 1 кг топлива, кг/кг.