6.3 Проведение замеров для определения температуры и влажности материала при конвективной сушке
Для лабораторного исследования конвективной сушки используется сушильный шкаф СЭШ-3М.
Методика проведения конвективной сушки аналогична методике, описанной в пункте 6.2. Ввиду того, что скорость сушки в данном шкафу выше, чем в терморадиационной сушилке УС-4, толщину слоя исходного материала можно увеличить до 30 мм. При такой значительной толщине высушиваемого слоя материала в бюксе замеры температуры можно производить при помощи термометра ТС-4М, вмонтированного в крышку бюкса.
Результаты замеров заносят в таблицу 2.
7 Обработка опытных данных
7.1 Расчет начальной влажности материала
Влажность материала в процентах, отнесенную к общей массе, определяют по формуле
.
Результаты расчетов по данной формуле заносят в таблицу 1.
По результатам расчета для двух проб находят среднюю начальную влажность материала
.
Кривые сушки строят обычно, используя влажность материала по отношению к сухой массе, которую можно рассчитать по формуле
.
7.2 Расчет влажности материала
Влажность материала по отношению к сухой массе для i-го замера (i = 1, 2, …, k) определяют по формуле
,
где
- масса влаги в материале
для i-го
замера;
- масса сухой части материала, определенная
по формуле
,
где
- масса материала,
загруженного в сушильную камеру;
– начальная влажность материала, %.
Масса влаги в материале для i-го замера равна
,
где
- масса материала
при i-ом
замере.
7.3 Построение кривой сушки
На основании данных таблицы 2 на
миллиметровой бумаге откладывают на
оси ординат значения влажности
,
начиная от начальной
,
а по оси абсцисс - время τ от начала
опыта в минутах (рисунок 3).
Рисунок 3 – Кривые: 1 – сушки материала; 2 – нагрева материала
7.4 Построение кривой скорости сушки
Кривую скорости сушки строят методом графического дифференцирования кривой сушки. Для этого на кривой сушки (см. рисунок 3) помечают несколько (6-10) точек. В каждой точке проводят касательную к кривой и находят тангенс угла ψ наклона каждой касательной. Например, для точки 6 тангенс угла касательной будет равен
,
где а – величина отрезка на оси ординат, %
б – величина отрезка вдоль оси абсцисс, мин.
Рисунок 4 – Кривая скорости сушки
Найденные таким образом тангенсы угла наклона касательных во всех точках имеют размерность % / мин.; они показывают изменение влажности материала за единицу времени. Рассчитанные значения скорости сушки записывают в таблицу 3.
Таблица 3 – Результаты графического дифференцирования кривой сушки
Номер точки на кривой сушки |
Влажность материала Wc, % |
Скорость сушки dWc / dτ, %/мин |
1
|
Wc1
|
|
… |
… |
… |
n
|
Wcn
|
|
При нахождении скорости сушки будет обнаружено, что для некоторых точек в начале процесса тангенсы угла наклона одинаковы. Этот период сушки называют периодом постоянной скорости – N. В этот период происходит интенсивное испарение влаги на поверхности материала. В этой области удаляется влага, которая слабо связана с сухим веществом материала, например, осмотически удержанная вода. Теплота испарения такой воды не превышает теплоту испарения свободной воды.
При некоторой влажности,
называемой первой критической
,
влажность на поверхности материала
становится равной гигроскопической.
С этого момента происходит углубление
зоны испарения, уменьшается коэффициент
влагопроводности (коэффициент диффузии
влаги), и процесс сушки протекает с
убывающей скоростью
- это второй период.
Кривая сушки асимптотически
с течением времени приближается к линии
равновесной влажности
.
Равновесная влажность материала –
это влажность, соответствующая
состоянию динамического равновесия
между материалом и влажным воздухом,
т. е. когда парциальное давление пара у
поверхности материала равно парциальному
давлению пара в воздухе. Влажность
зависит от режима сушки.
По данным таблицы 3 на
миллиметровой бумаге строят кривую
скорости сушки в координатах dWc
/ dτ
– Wc,
т. е.
на оси ординат
откладывают скорость сушки, а на оси
абсцисс – влажность материала (рисунок
4). На этом графике также отмечают
критическую точку, соответствующую ей
критическую влажность
и два периода сушки.
Следует заметить, что для некоторых материалов, прочно удерживающих влагу (например; адсорбированную, микрокапиллярную), и характеризующихся малой влагопроводимостью, период постоянной скорости может иметь малую величину или совсем отсутствовать.