5.5.4 Формы связи влаги с материалом.
Виды связи влаги с материалом можно классифицировать по величине энергии этой связи. В процессе сушки эти связи разрушаются.
В порядке убывания энергии, связи, следуя Ребиндеру, можно выделить:
химическую связь,
физико-химическую связь,
физико-механическую связь.
Химическая связь – влага связана с веществом в виде ионов и молекул (кристаллогидраты, например). В процессе сушки влага не удаляется.
Физико-химическая связь вызвана дисперсионными и индукционными силами. На поверхности твердого тела образуется прочный мономолекулярный слой влаги. Влага трудноудаляемая.
Капиллярная связь обусловлена адсорбционной связью полимолекулярных слоев со стенками капилляров.
Осмотическая связь наиболее сильно выражена в растворах. Осмотически связанная влага находится внутри клеток материала.
Физико-механическая связь определяет влагу, свободно удерживаемую в объеме пор тела. Она может быть удалена механическими способами. Причем процесс обезвоживания в этом случае лимитируется гидравлическим сопротивлением пор тела.
Классификация по Лыкову.
капиллярно-пористые тела,
коллоидные тела,
капиллярно-пористые коллоидные тела.
По Сажину.
Основа классификации – критический радиус пор:
время
сушки до трех секунд во взвешенном
состоянии.
до
30 секунд
до
10 минут
часы.
5.5.5 Материальный баланс конвективной сушки.
Цель составления материального баланса
– определение количества испаренной
влаги
,
определение расхода сушильного агента
.
Если обозначить через
расходы
исходного и высушенного материала;
их
влажности,
расход
удаляемой влаги из материала, то можно
записать:
(5.180)
(5.181)
Из уравнений (5.180) и (5.181) находим :
(5.182)
Используя вязь между влажностью и влагосодержанием в виде
, получим:
(5.183)
Эта влага в процессе сушки поступает в виде пара в сушильный фгент, влагосодержание которого повышается. Таким образом, для газовой фазы можно записать:
(5.184)
где
расход
абсолютно сухого газа (кг/с);
влагосодержание
газа соответственно на входе и на выходе
из сушильной камеры в расчете на 1 кг
сухого газа в кг.
(5.185)
Удельный расход сухого газа (в кг абсолютно сухого газа на 1 кг испаряемой воды):
(5.186)
5.5.6 Тепловой баланс конвективной сушки.
калорифер
камера
Рис.5.65 Тепловая схема конвективной сушки.
Обозначения параметров сушильного агента:
до калорифера 0.
после калорифера –1.
после сушильной камеры-2.
Влажный материал в количестве
при прохождении сушилки меняет свою
энтальпию от
до
.
Считая энтальпию влажного материала
аддитивно складывающейся из энтальпии
высушенного материала и содержащейся
в материале влаги, получим поток теплоты,
входящий с материалом в сушилку:
(5.187)
Здесь - соответственно теплоемкости
высушенного материала и воды,
температура
материала, поступающего в сушилку.
Поток теплоты с покидающим сушилку материалом:
(5.188)
где
температура,
высушенного материала, уходящего из
сушилки.
Приход тепла. |
Расход тепла. |
С сушильным агентом (воздухом) С
влажным материалом
В калорифере
|
С сушильным агентом
С
высушенным материалом
Потери тепла в окружающую среду
|
(5.189)
Здесь
Иногда устанавливают дополнительный
калорифер в сушильной камере
.
Кроме того, если в сушилке имеются
транспортные средства, которые покидают
сушилку вместе с материалом, тогда с
ними входят
и
выходят
тепловые
потоки. Итак, имеем:
(5.190)
Общий приход теплоты на сушку:
(5.191)
Разделив уравнение (5.191) на получим выражение для удельного расхода теплоты:
(5.192)
Удельный расход теплоты в основном калорифере:
(5.193) ,
с учетом (5.186) имеем:
(5.194)
Выражение (5.194) является уравнением прямой линии.
Нагрев воздуха в калорифере от исходных
параметров
или
до конечного состояния в сушильной
камере, характеризуется вертикальной
линией АВ (рис. 5.66).
Во время сушки меняются все параметры.
В частности зависимость
описывается
уравнением (5.194).
Величина
называется внутренним балансом сушильной
камеры.
Если
линия ВС,
линия ВС,
,
линия ВС,
Сушка при
возможна в двух случаях:
при теоретической сушке, когда процесс является адиабатическим, то есть
случай когда
(5.195)
В условиях теоретической сушки, влага
материала, при
,
испаряется за счет теплоты охлаждающегося
газа, энтальпия которого остается
постоянной за счет компенсации энтальпии
переходящими в газ паров влаги.
Контактная сушка реализуется путем передачи теплоты от теплоносителя к материалу через разделяющую стенку. Тепловой баланс имеет вид:
(5.196)
Здесь
расход
греющего пара,
его
энтальпия;
температура
конденсации,
теплоемкость
конденсата греющего пара.