66. Внешний тепло- и массообмен в процессах сушки и тво.

При конвективном теплообмене поток теплоты (q_т) от сушильного агента к материалу определяется: q_т =α_к*(t_са-t_пм), где α_к коэффициент теплоотдачи от сушильного агента к материалу конвекцией и зависит от аэродинамических условий обтекания, от свойств сушильного агента, от удельной поверхности материала, характера движения сушильного агента. Поток теплоты (q_т) расходуется: 1) на нагрев материала 2) на нагрев влаги в материале 3) на испарение влаги в материале. Процесс внешнего массообмена описывается формулой: q_m= β_m*(Р_пм-Р_са), где q_m – мощность потока влаги, β_m – коэффициент массопередачи, (Р_пм-Р_са)- движущая сила массопередачи.

Внешний тепло- и массообмен при нагреве материала. До поступления пара в установке находился воздух, поэто­му давление в ней, если она не полностью герметична, будет равно атмосферному. Подадим пар в установ­ку (условие неполной герметичности сохраняется). В этом случае общее давление в установке по-прежне­му должно быть равно атмосферному и будет складываться из парциального давления водя­ного пара и парциального давления воздуха = 0,1 МПа. Поступающий пар, попадая па более холодную по­верхность материала, конденсируется. В силу смачива­ния поверхности на ней образуется пленка конденсата, поверхность нагревается и ее температура возрастает, стремится к температуре паровоздушной смеси. Вместе с паром к поверхности, где он кон­денсируется, поступает воздух. Парциальное давление пара у этой поверхности снижается при общем неизменном давлении в установке. Парциальное давле­ние воздуха здесь возрастает. В соответствии с парциаль­ным давлением пара на поверхности материала на стороне пленки, обращенной к паровоздушной смеси, будет температура, приближающаяся к температуре насыщения при парциальном давлении пара.

Необходимо отметить, что пленка конденсата на по­верхности материала резко снижает коэффициент теп­лоотдачи а, следовательно, и удельный поток теплоты к материалу от паровоздушной смеси. За все время нагре­ва материала паром удельный поток массы пара, кон­денсирующегося на поверхности. Тепловой поток, согласно теории теплопередачи, должен скла­дываться из теплоты парообразования, отдаваемой ма­териалу паром при его конденсации, и теплоты, отдава­емой материалу средой, вследствие разности температур между паровоздушной смесью и пленкой конденсата.

Теплота, отдаваемая паром при конденсации, может быть подсчитана как произведение теплоты паро­образования на удельную массу конденсирующего па­ра.

Внешний тепло- и массообмен в период из. выдержки. Из. выдержка начинается с момента достижения поверхностью материала температуры паровоздушной среды в установке. В это время центральные слои материала продолжают еще кое-какое-то время нагреваться за счет тепловой энергии конденсирующегося на изделии пара. Сама установка тоже за счет потерь в окружающую среду требует под­вода тепла, равного потерянному количеству тепловой энергии. Однако вследствие экзотермии цемента внут­ренние слои изделия приобретают температуру, не­сколько превышающую температуру паровоздушной среды установки (на 2 - 5°С), и с поверхности материала начинает испаряться влага. За счет расхода тепловой энергии на поверхности удержи­вается температура, равная температуре паровоздушной среды установки. К концу изотермической выдержки пленка конденсата с поверхности материала полностью испаряется, а сам материал теряет значительное коли­чество влаги. Количество влаги, набранной матери­алом в период подогрева, оценивается в 2-3 % от во­ды затворения бетона, а количество потерянной в период изотермической выдержки - в 1,0-1,5%, считая от воды затворения. Следовательно, в начале изотермичес­кой выдержки происходит еще конденсация подводимо­го пара и на изделии, и на поверхностях установки. В остальное, значительно большее время изотермической выдержки, испаряется влага с поверхности изделия, на что расходуется кроме теплоты экзотермии цемента и теплота пара. Кроме того, тепловая энергия пара вос­полняет потери тепла в окружающую установку среду.

Внешний тепло- и массообмен в период охлаж­дения. В начале периода охлаждения прекращается подача пара в уста- новку. Вместо пара в нее подают воздух из окружа­ющей среды, который, охлаждая материал, нагревается сам. При нагреве уменьшается его относительная влаж­ность. За счет этого воздух ассимилирует значительно большее количество влаги с поверхности материала, стен и крышки установки и при 100 % отработанный воз­дух удаляется из установки.

При испарении влаги с поверхности материала ее температура понижается и происходит охлаждение. В установке понижается парциальное дав­ление водяного пара. При неполной герметичности установки об­щее давление в ней остается равным атмосферному. За счет вентиляции в самой установке парциальное дав­ление пара резко снижается и становится меньше, чем парциальное давление пара у поверхности мате­риала. Появляется разность парциальных давлений, а следовательно, и разность потенциа­лов, которая заставляет влагу испаряться с поверхности материала. Температура поверхности материала на­чинает снижаться и стремится к температуре установ­ки, которая тоже снижается. Одновременно снижается и влагосодержание поверхности материала.

Общее количество влаги, испаряющееся во время охлаждения, по данным исследований, составляет 5% воды затворения.