Изучение кинетики процесса сушки влажных материалов
Цель работы: Выяснение кинетических особенностей процесса сушки влажного материала: построение и анализ кривых сушки и скорости сушки. Установление влияния различных факторов (температуры, скорости воздуха, толщины образца материала) на скорость сушки в первом и втором периодах, на величину равновесной влажности и время протекания процесса.
Теоретическое введение:
Под кинетикой процесса сушки понимают изменение средних по объему высушиваемого тела влажности и температуры с течением времени. Кинетика сушки влажного материала определяет выбор оптимальных параметров сушильного агента (температуры, давления, влажности), конструкцию и основные размеры сушильного устройства. Детальное изучение кинетики позволяет организовать процесс сушки с наименьшими энергозатратами и получать продукт высокого качества.
При исследовании процесса сушки имеют дело с физико-химической и физико-механической формами связи влаги с материалом. Количественно содержание влаги в материале оценивается его влажностью. Различают относительную влажность (w), т.е. массу влаги, содержащуюся в материале (W, кг), отнесенную к общей массе образца ( G, кг).
(1)
и абсолютную влажность (wс), определяемую по отношению к 1 кг абсолютно сухого вещества в исследуемом материале (G, кг)
(2)
И относительная и абсолютная влажности выражаются в долях единицы или в процентах. При анализе процесса сушки удобнее пользоваться абсолютной влажностью, т.к. количество абсолютно сухого вещества в образце при любых условиях остается постоянным.
При расчете влажности по формулам (1) и (2) получается ее среднее значение в данном материале. Значение относительной w и абсолютной wс влажностей связаны следующими зависимостями:
,
(3)
.
(4)
При исследовании кинетики сушки необходимо установить влияние на скорость протекания процесса различных внешних и внутренних факторов. Скорость сушки определяется уменьшением влажности dwc за некоторый бесконечно малый отрезок времени dt, т.e.
(5)
или для конечных отрезков времени скорость сушки определяется количеством влаги (DW), удаленной пo отношению к 1 кг абсолютно сухого вещества материала (Gас) в единицу времени (Dt) и средняя скорость в данном случае будет равна
(6)
Кинетика сушки влажного материала обычно исследуется экспериментально путем нахождения зависимостей температуры прогрева высушиваемого материала t = f1(t) , кривой сушки и скорости сушки. Во всех этих зависимостях легко установить наличие трех этапов протекания процесса.
Рис.1. Кривая сушки и прогрева высушиваемого материала
По кривым сушки строятся кривые скорости сушки, представляющие собой графическое выражение функции u = f3 (t), или скорости сушки от абсолютной влажности образца (см. рис.2). Скорость сушки определяется по кривой сушки путем графического дифференцирования как тангенс угла наклона касательной, проведенной к кривой сушки в данной точке, к оси абсцисс (угол a на рис. 1).
Рис. 2. Кривая скорости сушки u = f(wc)
Кривые сушки, скорости сушки и прогрева материала имеют большое практическое значение. Они позволяют установить время сушки, оценить формы связи влаги с материалом, выбрать оптимальный вариант и режим сушки. Они используются при проектировании и расчете промышленных сушилок.
|
время |
масса |
температура |
влагосодержание |
скорость |
|
0 |
33,9 |
20 |
0,5 |
0,000130998 |
|
253,33 |
33,15 |
42,76 |
0,466814159 |
0,000255 |
|
506,67 |
31,69 |
44,84 |
0,402212389 |
0,00026549 |
|
760 |
30,17 |
44,96 |
0,334955752 |
0,000267237 |
|
1013,33 |
28,64 |
44,96 |
0,267256637 |
0,000237535 |
|
1266,67 |
27,28 |
48,48 |
0,207079646 |
0,000181651 |
|
1520 |
26,24 |
55,51 |
0,161061947 |
0,000141478 |
|
1773,33 |
25,43 |
62,61 |
0,125221239 |
0,000103048 |
|
2026,67 |
24,84 |
69,24 |
0,099115044 |
7,33591E-05 |
|
2280 |
24,42 |
74,99 |
0,080530973 |
5,06527E-05 |
|
2533,33 |
24,13 |
79,6 |
0,067699115 |
3,14384E-05 |
|
2786,67 |
23,95 |
83,04 |
0,059734513 |
2,09598E-05 |
|
3040 |
23,83 |
85,47 |
0,054424779 |
1,22265E-05 |
|
3293,33 |
23,76 |
87,1 |
0,051327434 |
8,73289E-06 |
|
3546,67 |
23,71 |
88,17 |
0,049115044 |
5,23994E-06 |
|
3800 |
23,68 |
88,86 |
0,047787611 |
3,49329E-06 |
|
4053,33 |
23,66 |
89,29 |
0,046902655 |
1,74658E-06 |
|
4306,67 |
23,65 |
89,56 |
0,046460177 |
0 |
|
4560 |
23,65 |
89,73 |
0,046460177 |
1,74665E-06 |
|
4813,33 |
23,64 |
89,83 |
0,046017699 |
0 |
|
5066,67 |
23,64 |
89,9 |
0,046017699 |
0 |
|
5320 |
23,64 |
89,94 |
0,046017699 |
0 |
|
5573,33 |
23,64 |
89,96 |
0,046017699 |
0 |
|
5826,67 |
23,64 |
89,98 |
0,046017699 |
0 |
|
6080 |
23,64 |
89,99 |
0,046017699 |
0 |
|
6333,33 |
23,64 |
89,99 |
0,046017699 |
1,74658E-06 |
|
6586,67 |
23,63 |
89,99 |
0,045575221 |
0 |
|
6840 |
23,63 |
90 |
0,045575221 |
0 |
|
7093,33 |
23,63 |
90 |
0,045575221 |
0 |
|
7346,67 |
23,63 |
90 |
0,045575221 |
-6,20352E-06 |
|
абсолютно сухое в-во в образце |
22,6 |
ср.скорость |
2,83E-05 |
|
Рассчитываем количество абсолютно сухого вещества в образце:
Находим текущее влагосодержание:
По полученным значениям абсолютной влажности строится кривая сушки. На этот же график наносится температурная кривая.
Определяем значения скорости сушки для ряда интервалов изменения влагосодержания
; 
;
;
;
0,000130998
м/с
Вывод: В этой лабораторной работе мы выяснили кинетические особенности процесса сушки влажного материала: построили и анализ кривых сушки и скорости сушки. Установили влияние различных факторов (температуры, скорости воздуха, толщины образца материала) на скорость сушки в первом и втором периодах, на величину равновесной влажности и время протекания процесса.