Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Морозов, С. В. Сушка лубоволокнистых материалов учебник

.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
19.10.2023
Размер:
7.01 Mб
Скачать

удаляется и адсорбционная полимолекулярная влага. Нарастает перенос влаги в виде пара. К концу сушки удаляется адсорбционно мономолекулярная влага.

При конвективной сушке (при ^<100°С) влага в материале пере­ мещается преимущественно в виде жидкой фазы. При ^>100°С влага в материале перемещается главным образом в виде пара. Перемещение влаги в жидкой фазе при этом возможно только в пер­ вый период при значительной влажности материала.

3. ТЕПЛО- И МАССООБМЕН ВЛАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ

Внешний влагообмен характеризуется параметрами воздуха, удельной загрузкой, высотой слоя, расположением материала и т. д. В приближенных расчетах при малых перепадах температур коли­ чество влаги, испаряющейся с влажной поверхности материала, можно подсчитать по модифицированной формуле Дальтона

xvT

и t

\

101235

(22)

^вл

(Рн Рп)

^ •

Коэффициент испарения

Ъя при

t = 604-250° С и со = 1ч-7

м/с

можно определить по формуле

ЬА = 0,0229 + 0,0174 со.

Для лубоволокнистых материалов величину Ья определяют по уравнениям, в которых учтено повышение интенсивности испарения с поверхности материала ввиду большей площади из-за шероховатой поверхности. Значение рн берут из таблиц влажного воздуха (При­ ложение II) при ф= 100% и t — tH. Величину рп определяют по той же таблице или /—d-диаграмме при параметрах окружающего воздуха.

Внешний теплообмен в чистом виде между материалом и окру­ жающим его воздухом (при отсутствии испарения) можно опреде­ лить по формуле

■Q — a F (t—0).

Обычно теплообмен сопровождается массообменом (испарением массы влаги). При одновременном массообмене (потоке вещества) ускоряется перенос тепла, увеличивается коэффициент теплообмена. Для тонкостебельных лубоволокнистых материалов в слое заметного влияния массообмеиа на теплообмен не обнаружено. При испаре­ нии с поверхности материала внешний массообмеп зависит от влагосодержания поверхности, режима сушки и других факторов. В период удаления свободной влаги характер внешнего влагообмена не зависит от вида материала. В дальнейшем величина внеш­ него влагообмена зависит от свойств поверхности материала отда­ вать влагу, характера связи влаги с материалом и различна для разных лубоволокнистых материалов.

31

4.КРИВЫЕ СУШКИ, СКОРОСТИ СУШКИ МАТЕРИАЛОВ

ИОСНОВНЫЕ ПЕРИОДЫ ПРОЦЕССА СУШКИ

Процесс сушки удобно изображать графически. Для этого в те­ чение всего процесса сушки, начиная с его начала и до конца, че­ рез равные промежутки времени определяют влагосодержание ма­ териала. Затем на оси абсцисс откладывают время т, а по оси ор­ динат— влагосодержание и. Соединяя точки пересечения коорди­ нат влагосодержания и времени, получают кривую линию, которая показывает графическую функциональную зависимость w = f(t) и называется кривой сушки (рис. 6).

Рис. 6. Кривые сушки:

Рис. 7. Кривые сушки и скорости

/ — для толстостенных

материалов; 2 — для

сушки ЛЬНЯНОЙ

тресты тепловой

тонкостенных

материалов

МОЧКИ:

 

 

I — кривая сушки;

2 — кривая скорости

 

 

сушки

Для толстостенных (крупностебельных) материалов (кривая 1) характерен период прогрева (участок АВ), в течение которого вла­ госодержание материала практически остается постоянным. Затем наблюдается интенсивное его понижение, которое со временем за­ медляется. Начиная с определенного момента (точка D), влажность материала практически не изменяется, что указывает на окончание процессов сушки. Для тонкостенных (тонкостебельных) материалов (кривая 2) участок прогрева отсутствует, влагосодержание мате­ риала интенсивно снижается с замедлением к концу сушки. Кривая 1 свойственна для толстостенных лубоволокпистых материалов (стебли южной конопли, джута, кенафа), кривая 2 — для тонко­ стенных лубоволокпистых материалов (льнотреста, среднерусская конопля, отходы трепания всех лубяных культур).

Кривые сушки и скорости сушки льняной тресты тепловой мочки показаны на рис. 7.

Изменение влагосодержания материала во времени обычно выра­ жается средней интенсивностью сушки т ср, которая показывает

32

количество влаги, испарившейся из материала в течение 1 ч с пло­ щади его поверхности, равной 1 м2.

Для лубоволокнистых материалов определить поверхность испа­ рения практически нельзя, поэтому убыль влаги удобно относить к массе (весу) абсолютно сухого материала. Такое отношение назы­

вается

 

с редней

 

с к о р о с т ь ю

 

 

 

 

сушки

и определяется по формуле

 

 

 

 

м ср =

GcAu

 

 

Ди

 

 

 

 

 

ОеДт

 

 

Дт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Истинная

скорость

сушки

 

 

 

 

 

М и

 

,.

Аи

=

 

du

 

 

 

 

 

— urn

------- .

 

 

 

 

 

 

 

 

дт -о

Дт

 

 

dx

 

 

 

 

 

Кривая сушки позволяет опре­

 

 

 

 

делить скорость сушки для любого

 

 

 

 

периода.

Для

этого

необходимо

 

 

 

 

провести касательную через данную

 

 

 

 

точку

кривой

сушки

 

(показано на

 

 

 

 

рис. 6 для точек Е, F,

Е', F')

и оп­

Рис. 8.

Кривые

сушки, скорости

ределить

тангенс

угла,

образован­

ный этой

касательной

с

осью

абс­

сушки

и

изменения температуры

материала

при

постоянных пара­

цисс, т. е.

 

 

 

 

 

 

 

метрах

сушильного агента:

 

Ми= — ^ - = —tgo.

 

/ — кривая

сушки

u=f(T); 2 — кривая

 

 

скорости

сушки М — — — = <р(т);

 

 

 

ах

 

 

 

 

3 — кривая

 

dx

Если

по

кривой

сушки

(см.

изменения температуры ма­

 

териала

0 М=it> (т)

рис. 7)

определять

скорость

суш-

 

 

 

 

ки, соответствующую различным значениям влагосодержания ма­

териала,

и полученные величины наносить в координаты — = /(ц ),

то получим

кривую,

которая

называется к р и в о й

dx

с к о р о с т и

с у шк и .

 

 

 

u = f(x), кривую скорости сушки

Рассмотрим кривую сушки

Ми = ф(т)

и

кривую

температуры материала 0 м = ф(т)

совместно

(рис. 8 ). Выделяют три периода процесса: прогрева, постоянной и падающей скорости сушки.

Первый — прогрев материала — характерен для толстостебель­ ной тресты, длительность этого периода очень мала и равна то. Тем­ пература материала возрастает от значения 0i до 0М= ^М. В мате­ риале появляется температурный градиент, который падает к концу периода. Парциальное давление водяного пара у поверхности мате­ риала равно парциальному давлению у свободной поверхности воды (Рм= Рп) и превышает парциальное давление водяного пара в окру­

жающей среде (рм>Рп). Скорость

сушки

возрастает от

значения

Mui = 0 до некоторого значения ,MM2 = const

(линия АВ)

и зависит

от состояния поверхности материала

и t, q> и со сушильного агента.

Второй — период поверхностного

испарения или период посто­

янной скорости сушки — характеризуется тем, что материал прогрет

33

по всей толщине. Температурный градиент отсутствует (02 = ^м = = const). Парциальное давление водяного пара у поверхности мате­ риала Рм = ря И больше Ра- Количество влаги, испаряющейся с по­ верхности материала, подсчитывают по формуле (22). Скорость сушки постоянная = const) и зависит от температуры, влажности

и скорости сушильного агента (линия ВС).

Третий — период падающей скорости сушки — характеризуется гем, что к концу периода процесс сушки прекращается. Возникает температурный градиент, температура материала возрастает от зна­

 

 

 

чения 02 =

до температуры

 

 

 

сухого термометра по пси­

 

 

 

хрометру

0з= ^с-

Парциаль­

 

 

 

ное давление водяного пара

 

 

 

у поверхности материала рм

 

 

 

становится

равным

парци­

 

 

 

альному давлению водяного

 

 

 

пара

в

окружающей

среде

 

 

 

(рм= Ра).

СкОрОСТЬ

СуШКИ

 

 

 

падает от

значения

М и, =

 

 

 

= const

до

М и= 0

(линия

 

 

 

CD). Точка С, которая ха­

 

 

 

рактеризует

момент

 

пере­

Рис. 9. Характерные кривые скорости суш­

хода

от

постоянной

 

к па­

дающей

скорости

сушки,

ки стеблевых

лубоволокнистых

материа­

называется

п е рв о й

 

к р и ­

 

лов:

 

 

/ — тресты льна;

2 — тресты кенафа;

3 — тресты

т и ч е с к о й

т очк ой .

Ха­

южной конопли; 4 — тресты джута

рактерные кривые скорости

 

 

 

сушки

стеблей

лубоволок-

нистых материалов в зависимости от влагосодержания приведены на рис. 9. При высоких влагосодержаниях (ыСр>2,2 кг/кг) у неко­ торых материалов наблюдается период постоянной скорости сушки. Сушка лубоволокнистых материалов обычно начинается при меньших значениях влагосодержания, поэтому, как видно из рис. 9, для всех лубоволокнистых материалов при принятых ре­ жимах сушки характерно наличие только одного периода — пе­ риода падающей скорости сушки. В этот период скорость сушки зависит от параметров воздуха, влагосодержания материала и его физико-химических свойств.

5. ОТНОСИТЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ СУШКИ

Скорость сушки большинства лубоволокнистых материалов зави­ сит не только от параметров воздуха, но и от влагосодержания ма­ териала, его физико-химических свойств. Это создает определенные неудобства при изучении характера изменения скорости процесса сушки. Чтобы облегчить изучение кинетических свойств лубоволок­ нистых материалов (характер изменения скорости процесса за весь период), введено понятие относительной скорости сушки материала.

Под относительной скоростью сушки какого-либо материала по­ нимается отношение скорости сушки в данный момент к ее макси­

34

мальной скорости, наблюдаемой в период постоянной скорости сушки, т. е.

du

¥== dx du \

dx

Для лубоволокнистых материалов отсутствует период постоянной скорости сушки. Поэтому для них вместо максимальной принимается

условная максимальная скорость сушки (— )

или tg o ymax, кото-

' ' у шах

рую определяют по кривой сушки при условном критическом влагосодержании материала uKV,y. Значения этой величины приведены ниже.

Вид материала

Моченцовая и паренцовая льнотреста, длинное и

короткое волокно кенафа ..................................................

Стланцевая льнотреста, солома южной конопли и

кенафа .......................................................................................

Треста среднерусской к о н о п л и ..........................................

Отходы трепания льна и конопли .....................................

Условное

критическое влагосодержа-

ние икр. у

кг/кг

1,5— 1,6

0,25—0,3

0,5 —0,6

0,15—0,2

Относительную скорость

сушки

определяют по кривой сушки

(рис. 10 и 1 1 ) и в общем виде

du

 

 

 

 

%

 

dx

tga

du

 

tg<Jу max

 

 

 

dx

у шах

 

Для тонких лубоволокнистых материалов изменение параметров сушильного агента (t, ср, со) и внешних гидродинамических условий

( p c X, d c r , l e x , d3, Re)

не влияет на величину ф„. Для крупностебель­

ных лубоволокнистых

материалов (треста

южной конопли, кенафа,

джута, канатника) относительная скорость

сушки зависит от пара­

метров сушильного агента и материала. В то же время на относи­ тельную скорость сушки для обеих групп (тонких и крупностебель­ ных материалов) влияет расположение стеблей (вертикальное или горизонтальное), равномерность их загрузки и качество рыхления. Значение относительной скорости сушки cpv может быть использо­ вано для определения средней температуры материала в любой момент времени сушки при известных tc и tMсушильного агента. Для этого используется уравнение

tc

tc — 0Н

Средняя температура слоя материала 0Н= ^М. Величины tc и 0 М означают соответственно средние температуры агента сушки и ма­ териала в его слое.

35

 

 

 

 

 

 

И з б ы т о ч н о е Влагр со д ер -

П р о д о л ж и т е л ь н о ст ь с у ш к и Т ,м и н

Ж а н и е м а т е р и а л а и - и р ,

 

н г /к г

 

 

 

 

 

 

 

Рис.

10.

Кривые

скорости

Рис. 11. Кривые относительно!!

сушки

льнотресты

(к опре­

скорости

сушки

моченцовой

делению

а

при

ы = 1,5ч-

льнотресты

при

вертикальном

 

 

-т-1,6 кг/кг):

расположении

стеблей

1 —горизонтальная

загрузка

 

 

 

(рс = 2

кг/м2;

t\ — 70° С;

 

 

 

ф,= 10%;

(0

= 1м/с);

2 —вер­

 

 

 

тикальная загрузка

= 20

 

 

 

кг/м2;

 

=

75° С;

Ф(=Ю«;

 

 

 

 

 

о>1

=2 м/с)

 

 

 

 

6. ПОТЕНЦИАЛ СУШКИ В СЛОЕ МАТЕРИАЛА

Количество влаги, испаряющейся за 1 ч с 1м2 поверхности мате­ риала, пропорционально разности Др = рн—рп; At = tc— 0 или Ad —

d'Hd. Разность двух термодинамических параметров газовой

среды называют п о т е н ц и а л о м сушки. Величины

р'н, tc, d'„

характеризуют воздух непосредственно у поверхности

материала,

а рп, 6 , d характеризуют окружающую материал газовую среду. Обычно пользуются потенциалом сушки, который выражается влагосодержанием воздуха Ad, так как это создает большие удобства при расчетах и определении потенциала сушки воздуха, выходя­ щего из слоя.

Потенциал сушки — обобщающий параметр температурно-влаж­ ностных условий сушки (t и ф сушильного агента), характеризующий интенсивность процесса сушки.

При адиабатическом испарении влаги направление процесса при­ нимается по линии 0= const (линия АВ на рис. 12). При этом все тепло затрачивается только на испарение влаги. В этом случае по­ тенциал точки А, которая характеризует воздух при входе в слой, легко определяется по /—d-диаграмме и равен разности влагосо-

держаний

адиабатического

насыщенного воздуха d'H (точка В')

и воздуха

при входе

в слой

материала

dA (точка А), т.

е. Adi =

- d"dA.

Потенциал

сушки уходящего

воздуха, который

характе­

ризуется параметрами точки В,— Ad2 = dHdB.

36

При потере тепла (в ок­ ружающую среду, на про­ грев материала) процесс сушки отклоняется от 0 = = const и влагосодержание адиабатического насыщения воздуха меняется по высоте слоя (процесс АС). В этом случае потенциал входя­ щего воздуха (точка А) не изменяется (Adi — d'HdA),

а потенциал сушки уходя­ щего воздуха можно опреде­ лить по формуле (5)

(23)

Значение коэффициентам для льнотресты •— 0,042; для среднерусской конопли — 0,0143; для паренцовой льно­ тресты — 0,0167; для отходов трепания — 0,142. Уравнение (23) позволяет определить потенциалы сушки воздуха на любой высоте слоя и на выходе из слоя материала, когда кривая близка к пря­ мой, а относительная ско­ рость СУШКИ ^i/ = 1.

При определении продол­ жительности сушки необхо­ димо знать величину сред­ него по слою потенциала в начальный момент сушки AdCp, который учитывает влияние высоты слоя на про­ должительность сушки и оп­

ределяется

по формуле

 

Adcp

^ _ ( 1 _ е -^ с л ).

 

°Нсл V

'

Для торкостебельных ма­

териалов

влагопроводность

не влияет на процесс сушки

при

влагосодержании от

«1 = 1,5 до «2 = 0,05

кг/кг.

Для

них потенциал

сушки

(рис. 13) пропорционален ее интенсивности.

Рис. 12. Определение потенциала сушки

Рис. 13.

Зависимость

интенсивности сушки

конопли

(1, 2 и 3)

и льна (4 и 5) от потен­

циала сушки

входящего воздуха:

/ — Ли =

1,3 =

0,8

Рс =

3,5 кг/м2;

2 — Дм =

1,3 =

0,05

со =

1 м/с;

3 ~ Аи =

0,8 =

0,05

dCT =

3

мм

4 — Лы = 1 ,5 = -

1,0

Рс =

20

кг/м2;

<0iY i= 1 кг/м2-с;

5 — Дм =

1 = 0,05

 

 

 

 

 

d = 1,15 мм

37

При сушке стеблевых материалов параметры воздуха изменяются по высоте слоя и во времени. Влагосодержание и относительная влажность воздуха увеличиваются по высоте слоя, а температура падает. Это вызывает уменьшение потенциала сушки по высоте слоя от Ad\ = d'ndi при входе в слой до Ad2 = d'Hd2 на выходе из слоя. Величина d'n остается постоянной, так как сушка происходит при постоянной температуре мокрого термометра. Материал сохнет при каком-то среднем в слое потенциале сушки. В начальный момент сушки при сру = 1 средний в слое потенциал сушки можно определять по формуле (23).

Во п р о с ы д л я п о в т о р е н и я

1. Какие различают стадии процесса сушки и в чем их сущ­ ность?

2.Какие условия необходимы для прохождения процессов теплообмена и влагообмена?

3.Что влияет на процесс перемещения влаги внутри материала?

4.Как распределены ткани в сечении лубоволокнистых стеблей по их плотности?

5.Как изменяется влагосодержание по сечению лубоволокни-

стого стебля?

6 . Что такое потенциал переноса и от чего он зависит?

7. Дайте общую схему процесса удаления влаги из стеблей лубоволокнистых материалов.

8 . Каким образом можно приближенно определить количество влаги, испаряющейся с влажной поверхности?

9.Что собой представляет кривая сушки?

10.Какие кривые сушки свойственны для толстостенных и какие для тонкостенных лубоволокнистых материалов?

11.Охарактеризуйте три основных периода сушки.

12.Что такое относительная скорость сушки и от чего она зависит?

13.Что такое потенциал сушки?

Г л а в а V

РЕЖИМ СУШКИ ЛУБОВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.ЭМПИРИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ СУШКИ

ИУСЛОВИЯ СУШКИ ЛУБОВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Как известно, скорость процесса сушки зависит не только от параметров воздуха (t, <p, d, со), но и от параметров материала. Н. Д. Хомуцким получено уравнение продолжительности сушки для тонкостебельных материалов.

щ—и2

ушах

38

Эмпирические формулы продолжительности сушки различных лубоволокнистых материалов приведены ниже.

Вид материала, его положение в сушилке и направление движения воздуха

Стланцевая льнотреста при вертикальном рас­ положении стеблей комлями вниз и движении воздуха вдоль стеблей

Формулы продолжительности сушки (мин), условия сушки

 

0,0417р

_ и

иу — и2) /Спр-

т =

153 -------------(0,25Ig

-----ZL- +

 

coxAdi

u2 — Up

 

Условия сушки: tx = 40 ч- 100° С;

= З-т-20%; 0)1. = 0,05—2 м/с;

рс = 10 — 30

кг/м2; их = 0,25 -г- 0,1

кг/кг; ц2 =

0,22 -н 0,06 кг/кг;

/Спр = 1 , 4 -

1,5.

 

 

Льняные отходы трепания

 

---I -

 

\ '

0

 

I

Л,

г А

‘ tlJJ

 

 

a ^ ’ ^ A d j

 

и г

м р

 

 

 

 

Условия сушки: ^ =

40 — 90° С; фх =

3 -ь- 25%;

оч = 0,1 — 0,6 м/с;

 

рс =

3 — 12 кг/м2;

их=

0,16 — 0,08

кг/кг;

и2 =

0,14 — 0,04 кг/кг;

 

/Срых : 1,7 ч - 2; /Спр=

1 ,7 - 2 ,0 .

 

 

 

 

Моченцовая льнотреста при горизонтальном

 

37,2 рс

2,18

l g - 1. 4^

+ 0 ,4 2 3

(«!—u2)

к пр-

 

Т =

расположении стеблей и движении воздуха

 

(со1рв)Дф

 

 

u2—и

 

 

 

 

поперек стеблей

Условия сушки: tx — 60 н- 150° С;

<р <

25%;

О)! = 0,5 — 3 м/с;

 

 

рс =

1 -ь- 3 кг/м2; «! =

2 кг/кг;

и2 =

0,03

кг/кг; К пр = 1,7—2.

Среднерусская конопля при вертикальной за­ грузке стеблей и движении воздуха вдоль стеблей снизу вверх

Мокрые отходы трепания кенафа

 

т = 19,4

-----^ ^ 1 п

3

---- ^ -/С п р ­

 

 

 

 

ей! Дф

 

и2—ир

 

 

Условия

сушки: tx =

40 ч- 100° С; ф2 =

3—20%;

(йх = 0 ,0 5 — 1

м/с;

рс = 15 — 50 кг/м2;

ц2 =

0,6 — 0,16

кг/кг; /Спр =

0,11 — 0,06

кг/кг;

/Спр =

1,5.

 

 

 

 

 

 

т =

— 6.1-84ри^ пр—

[(их—ир)од —(u2—Up)0,1 - f 0, ПЦи!—u2)]/Cnp.

Д^ср.и шхрв

Условия сушки: /х =

65 — 140°С;

ф1 = 5

-н25% ;

ш1 = 0,5 — 2

м/с;ЯСЛ =

= 6 — 24 см;

рс =

2 — 8 кг/м2;

и1 = 1

,6 — 1,8

кг/кг; и2 =

0,05 кг/кг;

/Спр = 1 , 4 -

1,5.

 

 

 

 

 

Подставляя в это уравнение значения скорости сушки

и относительной скорости сушки фср Для каждого вида материала и решая их относительно влагосодержания, получают расчетные эмпирические формулы для практического определения продолжи­ тельности сушки лубоволокнистых материалов при определенных условиях сушки. В практических расчетах, учитывая недостаточное рыхление тресты после отжима, неравномерное распределение мате­ риала и воздуха по площади сушильной машины и другие факторы, которые вызывают неравномерность сушки и замедляют процесс, вводят коэффициенты запаса на продолжительность сушки в произ­ водственных УСЛОВИЯХ Кир-

2. ОХЛАЖДЕНИЕ И УВЛАЖНЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ

ОХЛАЖДЕНИЕ

После процесса сушки перед увлажнением в зональных сушиль­ ных машинах материал охлаждают. Цель охлаждения — использо­ вать тепло материала и транспортных приспособлений для нагрева поступающего наружного воздуха. Кроме того, охлаждение мате­ риала улучшает процесс последующего увлажнения и выравнивает влагу материала после сушки. При прохождении холодного воздуха через нагретый материал его оптимальная влажность повышается, что способствует лучшему увлажнению материала. При этом повы­ шается температура воздуха и уменьшается его относительная влаж­ ность. При определенных условиях после охлаждения материала можно его не увлажнять.

УВЛАЖНЕНИЕ

Высушенная треста перед обработкой на мяльно-трепальном агрегате должна обладать определенной технологической влаж­ ностью в пределах 10—14% и быть однородной по влажности во всей массе и длине стеблей. Однородность влажности тресты — основное и важнейшее технологическое требование. В процессе сушки не удается получить тресту однородную по влажности. Нерав­ номерность влажности объясняется неодинаковой плотностью тка­ ней стеблёвых материалов, неравномерностью потока воздуха и не­ достатками в обслуживании. Из-за неравномерной влажности сырья понижается выход и качество длинного волокна. Для выравнивания влажности тресту увлажняют.

Увлажнение тресты — это процесс поглощения влаги высушен­ ным материалом, который осуществляется двумя способами: отлежкой и искусственно в потоке.

Отлежка состоит в естественном увлажнении и выравнивании влаги в материале путем влагообмена от воздуха к материалу и внутри самого материала. Продолжительность отлежки зависит от условий сушки, качества сырья, метеорологических условий (t, ф, со

40

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ