В чем преимущества проведения процесса сушки с частичной рециркуляцией сушильного агента по сравнению с процессом без рециркуляции? Представьте проведение этого процесса в I – d диаграмме.

Ответ: (II том, стр. 1265-1270) В некоторых случаях (например, для паст) при быстрой сушке на поверхности высушиваемого материала образуется корка, препятствующая удалению влаги из внутренних зон материала. Из-за этого процесс сушки резко замедляется. Для гранулированных материалов быстрая сушка грозит растрескиванием и рассыпанием гранул. Часто оказывается, что в процессах быстрой сушки материал оказывается высушенным неравномерно – чрезмерно высушены поверхностные слои и недостаточно – глубинные. Древесина, обезвоженная в быстром режиме, имеет многочисленные разрывы волокон, что делает её непригодной для изготовления высококачественных изделий.

Частичная рециркуляция отработанного сушильного агента позволяет снизить скорость сушки. Таким образом, СА на входе в сушильную камеру имеет более высокую влажность и более низкую температуру. Следовательно, процесс сушки проходит в более мягких условиях и требует более длительного времени (из-за понижения движущей силы процесса). С помощью частичной рециркуляции отработанного СА при высушивании термолабильных материалов можно избежать трудностей, указанных выше.

Процесс идеальной сушки с частичной рециркуляцией отработанного СА в I-d диаграмме выглядит следующим образом:

Привести схему и принцип работы простого регенеративного цикла высокого давления (цикл Линде). Каким образом нужно изменять параметры воздуха (температуру, давление) в циклах глубокого охлаждения пред конечным дросселированием воздуху до жидкого состояния с целью увеличения удельной холодопроизводительности цикла (хр)?

Ответ: Это – наиболее простой из циклов, использующих только дросселирование. Чтобы получить приемлемо низкую температуру, надо подвергать дросселированию по возможности охлажденный газ. Для этого процесс сжатия в многоступенчатом компрессорном агрегате проводят условно изотермически, охлаждая газ (воздух) после каждой ступени в холодильнике до температуры перед сжатием. Но этого недостаточно, поэтому сжатый газ направляют в теплообменный аппарат (в процессах глубокого охлаждения его называют холодообменником), где он дополнительно охлаждается. В этом случае после дросселирования воздух попадает в область влажного пара, что позволяет после сепарации выделить:

- жидкую составляющую, используемую как конечный продукт (выводится из цикла);

- холодный пар (газ) – он используется в цикле охлаждения встречного потока в холодообменнике.

Анализ удобно вести в расчете на 1 кг газа, сжигаемого в компрессоре.

На рис. 21.16,а изображена принципиальная схема простого регенеративного цикла Линде. Исходный воздух изотермически сжимается от давления р1 до р2 в компрессионном агрегате К и охлаждается в холодообменнике Х при постоянном давлении р2 (за счет обратного потока холодного воздуха). Затем сжатый воздух дросселируется в вентиле Др до давления р1. Полученная парожидкостная смесь поступает в сепаратор С, откуда жидкость (сжиженный газ) отводится от системы в количестве х, а газ в количестве (1-х) возвращается в холодообменник Х, забирая теплоту у потока сжатого газа, идущего на дросселирование.

Заметим: давление р1, как правило атмосферное: свежий воздух забирается из атмосферы; жидкий воздух храниться и транспортируется в сосудах Дьюара, где зона хранения соединена с атмосферой.

В связи с р1 =1 бар может возникнуть вопрос: зачем долю (1-х) возвращать в цикл, не проще ли направлять на сжатие в компрессор весь воздух (1 кг) из атмосферы, а не небольшую долю х? Дело в том. что воздух в циклах глубокого охлаждения проходит специальную подготовку (очистку от воды, диоксида углерода и др. примесей) Очистка воздушного потока Gx дешевле, чем полного потока G. Поэтому поток воздуха G(1-x), ранее уже прошедшего очистку, возвращают в цикл. В диаграмме Т-s (рис.21.16,б) стадии процесса изображены следующим образом:

1-2 – изотермическое (Т1=Т2=const) сжатие 1 кг воздуха;

2-3 – изобарическое (р2= const) охлаждение в холодообменнике;

3-4 – дросселирование (h=const);

4-0 и 4-5 - изобарическая (р1= const) сепарация (с выводом потока х жидкого воздуха);

5-1 – изобарическое (р1= const) нагревание потока (1-х) воздуха (с присоединением потока х свежего воздуха и направлением 1 кг смеси на сжатие в компрессор).

Далее стадии повторяются. Вследствие отбора и восполнения количества (х) рабочего тела (воздуха) цикл по РТ не замкнут, и его можно трактовать как замкнутый только условно.

Удельная холодопроизводительность – теплота, отбираемая у 1 кг изотермически сжимаемого РТ в компрессионном агрегате К с холодильниками. УХ=h1-h2

Степень сжижения (теоретическая), если она определяется в предположении отсутствия потерь холода в окружающую среду и о полной рекуперации теплоты в холодобменнике. .

Удельный расход энергии на сжатие 1 кг воздуха.

Удельная работа, приходящаяся на 1 кг жидкого воздуха

Мощность на валу компрессора.

Пути совершенствования цикла

С целью совершенствования крайне энергоемкого цикла Линде используются два основных пути.

Первый состоит в понижении температуры газа перед дросселированием. Это должно благоприятно сказаться на удельных энергетических затратах, прежде всего за счет увеличения степени ожижения.

Возрастание эффективности цикла в общем плане здесь обусловлено уменьшением температуры верхнего источника Тв. Конкретно: при более низкой температуре исходного воздуха для полного ожижения потребуется отвести от него меньше теплоты. Кроме того, несколько увеличится удельная холодопроизводительность (разность энтальпий) в сравнении с фиксируемой при более высоких температурах. Понижение газа перед дросселированием осуществляется в испарителе машины умеренного охлаждения. Так строиться цикл с предварительным охлаждением.

Второй путь связан с различным характером влияния рабочих давлений р1 и р2 на затраты энергии в компрессоре и на интегральный эффект охлаждения при дросселировании. Энергетически выгодно дросселировать газ до некоторого промежуточного давления. Но продукт (жидкий воздух) должен быть получен при атмосферном давлении. Поэтому некоторую долю газа все же дросселируют от промежуточного давления до атмосферного. Так строиться цикл с двукратным дросселировнаием и циркуляцией воздуха промежуточного среднего давления. Наибольший эффект дает сочетание первого и второго путей модификации циклов. (см. рис. 21.16 (а,б), стр. 593)