Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сушка, обжиг, плавление в технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. Учебное пособие
.pdf
11
4. Читая текст, обратите внимание на прилагательные с
суффиксом -н-, определите, от каких слов они образованы (модель
частотный < частота): силикатный, стекольный, влажный,
помольный, начальный, конечный.
Лексико-грамматические модели
ЧТО подвергают ЧЕМУ ЧТО подлежит ЧЕМУ
ЧТО соответствует ЧЕМУ ЧТО зависит ОТ ЧЕГО
3. Высушиваемый материал
По способу подвода тепла к высушиваемому материалу сушка может
быть:
контактной – путём передачи тепла от теплоносителя к материалу
через разделительную стенку;
конвективной – путём непосредственного соприкосновения
высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве
которого используют подогретый воздух, топочные газы либо
топочные газы с воздухом;
радиационной – путём передачи тепла инфракрасным излучением;
высокочастотной (диэлектрической) – в поле токов высокой
частоты;
сублимационной – в замороженном состоянии в вакууме.
Высушиваемый материал при любом методе сушки находится в
контакте с влажным воздухом или газом. При конвективной сушке
влажному воздуху отводится основная роль.
В соответствии с разнообразием решаемых задач и агрегатного
состояния высушиваемых материалов или полуфабрикатов используются
различные режимы сушки и соответственно различные аппараты. Однако
все процессы сушки подчиняются единым законам.
Различают три состояния материала по отношению к окружающей
среде: влажное, равновесное и гигроскопическое. Влажность материала,
соответствующая равновесному состоянию, называется равновесной
влажностью (Wр), а влажность материала, находящегося при данной
температуре в равновесии с окружающим воздухом, полностью
насыщенным водяными парами (=100%), - гигроскопической (Wг).
12
Под влажным понимают такое состояние, при котором парциальное
давление водяных паров на поверхности материала выше, чем парциальное
давление водяных паров в окружающей среде. При этих условиях материал
отдает влагу в окружающую среду (воздух, окружающий материал),
которая ассимилирует влагу материала и постепенно насыщается ею.
Равновесное состояние наблюдается при равенстве парциальных
давлений водяных паров на поверхности материала и в окружающей среде.
Влагообмен между материалом и средой отсутствует. В этом случае сушки
материала не происходит.
Гигроскопическое состояние материала, при котором парциальное
давление водяных газов на поверхности материала меньше, чем
парциальное давление водяных паров в окружающей среде, нехарактерно и
может быть получено только искусственно. В этом случае материал
начинает сорбировать влагу из окружающей среды и постепенно переходит
в равновесное состояние. Поэтому, чтобы не расходовать зря топливо,
необходимо знать время наступления равновесного состояния материала в
конкретных случаях и уметь его определять.
Для определения равновесного состояния материал помещают в
воздушную среду с определенной температурой и парциальным давлением
водяных паров. Для более простого измерения вторым параметром может
служить относительная влажность воздуха. После хранения в материале
устанавливается равновесное состояние с окружающей средой, при
котором и замеряется влагосодержание материала.
Рис. 1. Кривые равновесного влагосодержания материала.
t1, t2, t3 - соответственно температуры, для которых исследуется
влагосодержание
13
Изменяя температуру хранения и относительную влажность
Рис. 2. Кривая распределения влаги в материале. W - направление
потока испаряющейся влаги; U
о
- влагосодержание пластины в
момент времени
о
; U
1
- влагосодержание пластины в момент
времени
1
; U
1
- перепад влагосодержаний в момент времени
1
На рис. 2 показана такая пластина, по оси Х отложена ширина
пластины 2х, а по оси У - влагосодержание U. Начальное
влагосодержание пластины Uо постоянно по всему поперечному
сечению и показано на пластине пунктиром. Пластина помещена в
условия, в которых парциальное давление водяных паров меньше,
чем на поверхности материала. С поверхностей пластины,
соприкасающихся с окружающей средой, начинается испарение
влаги W (показано стрелками); эта влага будет ассимилироваться
окружающей средой. Градиент потенциала переноса влаги в
пластине в начальный момент при постоянном влагосодержании
среды , проводят серии опытов и по их результатам строят кривые
равновесного влагосодержания материала.
На рис. 1 показан характер таких кривых для температур t1, t2, t3
при условии, что t1 > t2 > t3. Мы видим, что с увеличением
температуры равновесное влагосодержание материала уменьшается.
Чтобы составить представление о влажном состоянии
материала и его взаимодействии с окружающей средой, рассмотрим
неограниченную пластину, вырезанную из сформованного влажного
материала.
14
отсутствует, следовательно, влага в пластине материала как бы
находится в относительном покое. Испарение влаги с поверхностей
сопровождается уменьшением их влагосодержания.
Появляется перепад влагосодержаний между центром и
поверхностями, показанный на рис. 2 и обозначенный U1. Поэтому
к моменту времени 1 влага в материале распределится по параболе
U1.Возникший перепад влагосодержания влечет за собой
образование градиента потенциала переноса влаги U, который
заставляет влагу продвигаться к поверхности. Поскольку скорость
испарения, как показывает опыт, выше скорости диффузии влаги к
поверхности, то как при хранении влажного материала так и при его
сушке обязательно возникает больший или меньший перепад
влагосодержания.
С увеличением скорости испарения влаги с поверхностей
материалов увеличивается и перепад влагосодержания в материале и,
наоборот, уменьшение скорости испарения влаги ведет к снижению
перепада влагосодержания.
Вопросы к тексту 3
1. Какие виды сушки по способу подвода тепла к материалу можно
выделить?
2. Назовите состояния материала по отношению к окружающей среде.
3. Что представляет собой влажное состояние материал?
4. Как можно охарактеризовать равновесное состояние материала?
5. Чем гигроскопическое состояние материала отличается от двух
других?
6. Как реагирует равновесное влагосодержание материала на
изменение температуры?
7. Опишите отношение скорости испарения влаги к перепаду
влагосодержания в материале.
Задания к тексту 3
1. Определите, от каких глаголов образованы страд. прич. прош.
вр., по моделям: признанный < признать, построенный <
построить, открытый < открыть: подогретый, замороженный,
15
высушиваемый, решаемый, получено, вырезанный, сформованный,
показанный, обозначенный.
Некоторые предлоги употребляются в научном стиле речи
шире, чем в других ее стилистических разновидностях. Таковы
предлоги при (= в процессе; указывает на состояние /действие как
условие другого действия: при сушке происходит…, требует пр.п.
сущ.), путём (=с помощью: сушка производится путём нагревания,
требует род.п. сущ.), с (=из-за; указывает на причину / источник
действия: с повышением температуры влага испаряется
интенсивнее, требует тв.п. сущ.).
2. Найдите в тексте словосочетания путём передачи, путём
соприкосновения, при сушке, при температуре, при состоянии, при
равенстве, при влагосодержании, с увеличением и замените их в
предложениях конструкциями-синонимами.
Лексико-грамматические модели
ЧТО подчиняется ЧЕМУ ЧТО понимают ПОД ЧЕМ
ЧТО насыщается ЧЕМ ЧТО сорбирует ЧТО
ЧТО помещают КУДА ЧТО сопровождается ЧЕМ
4. Удаление влаги из материала
Сушка – это целый комплекс явлений, связанных с тепло- и
массообменом между материалом и окружающей средой, в
результате чего происходит перемещение влаги из внутренней части
материала на поверхность и ее испарение. Любой материал в
процессе сушки представляет собой многокомпонентную систему,
состоящую из твердого вещества, влаги, воздуха и паров воды.
В зависимости от характера связи с материалом различают
воду:
* химически связанную, входящую в состав структуры
кристаллической решетки;
* адсорбционную, удерживаемую силами адсорбции на
поверхности минеральных частиц;
16
* капиллярную, находящуюся в поровом пространстве и
удерживаемую капиллярными силами и силами поверхностного
натяжения;
* свободную, т.е. механически захваченную, которая
присутствует только в шламах и шликерах с достаточно высокой
влажностью.
При сушке удаляются все виды влаги кроме химической, но
чем прочнее ее связь с частицами материала, тем труднее идет
удаление.
Удаление влаги из материала основано на том, что
ненасыщенный водяными парами теплоноситель (воздух, газ),
омывая материал с влажностью выше гигроскопической, отнимает у
него влагу и тем самым уменьшает ее концентрацию на поверхности
зерна. Это явление называется внешней диффузией, поскольку влага
уходит за пределы осушаемого материала (зерна, изделия). Скорость
внешней диффузии определяется параметрами теплоносителя и
скоростью его движения. Способность теплоносителя поглощать
пары воды зависит от количества содержащейся в нем влаги, т.е. от
его относительной влажности. Чем выше относительная влажность
сушильного агента, тем меньше он может поглотить паров, и
наоборот, чем суше теплоноситель, тем выше его поглотительная
способность, и влага с поверхности материала удаляется быстрее.
Внутри кусков материала при нагревании происходит движение
влаги (внутренняя диффузия) к поверхности испарения. Общее
влагосодержание материала уменьшается пропорционально времени
сушки, и в этот период температура поверхности материала остается
постоянной.
Вследствие разности концентраций на поверхности и внутри
зерна (изделия) влага поднимается из внутренних слоев на
поверхность за счет капиллярных сил, градиентов влажности и
температуры, стремясь выровнять нарушенное равновесное
состояние. Этот процесс называется внутренней диффузией.
Поверхностное испарение и вызываемая им внутренняя диффузия
влаги продолжаются до тех пор, пока из сырца не удалится вся
механически примешанная влага. Полное удаление гигроскопической
влаги из сырца возможно лишь при нагревании до температуры,
превышающей температуру кипения воды при данном давлении.
Скорость внутренней диффузии определяется влагопроводностью
самого материала (изделия, сырца) и градиентом влажности в
17
направлении ее перемещения. Поверхностные слои изделия при
сушке всегда имеют меньшую влажность, чем внутренние.
Внутренняя диффузия всегда протекает медленнее, чем внешняя.
Наиболее благоприятным условием для сушки является
равенство скоростей внутренней и внешней диффузий. Скорость
сушки, под которой понимают количество воды, удаляемой с
единицы поверхности материала в единицу времени, зависит в
основном от температуры, относительной влажности и скорости
движения теплоносителя, а также от таких факторов, как
барометрическое давление, структура, форма и размеры изделия [1].
Вопросы к тексту 4
1. Какие виды воды можно выделить в зависимости от характера связи
с материалом?
2. Что такое внешняя диффузия?
3. От чего зависит способность теплоносителя поглощать пары воды?
4. Как можно определить внутреннюю диффузию?
5. При каких условиях возможно полное удаление гигроскопической
влаги?
6. Дайте определение скорости сушки.
7. От каких факторов зависит скорость сушки?
8. Какое условие считается наиболее благоприятным для сушки?
18
Задания к тексту 4
1. Определите, от каких слов с помощью соединительной
морфемы -о- образованы существительные (модель
асфальтобетон < асфальт + бетон): теплообмен, массообмен,
теплоноситель, влагосодержание, влагопроводность.
2. Образуйте действ. прич. наст. вр. от глаголов связывать,
перемещать, зависеть, отнимать, уходить, нагревать, стремиться,
кипеть, удалять, протекать. Помните, что они образуются от основы
наст. вр НСВ с помощью суффиксов -ущ-/-ющ- (I спр.: пишут >
пишущий, дают > дающий) и -ащ-/-ящ- (II спр.: кричат >
кричащий, летят > летящий).
3. Установите, от каких глаголов образованы действ. прич. наст.
вр. состоящий, входящий, находящийся, содержащийся,
превышающий.
4. Образуйте страд прич наст вр. от глаголов перемещать,
различать, удалять, уменьшать, выводить, делить.
Помните, что они образуются от основы наст. вр. перех. НСВ с
помощью суффиксов -ем-/-ом- (I спр.: читают > читаемый, несут
> несомый) и -им- (II спр.: хранят > хранимый).
5. Назовите глаголы, от которых образованы страд. прич. наст.
вр. удерживаемый, осушаемый, удаляемый, вызываемый.
Определения понятий в тексте научного стиля речи, как
правило, строятся по таким лексико-грамматическим моделям, как:
ЧТО является ЧЕМ ЧТО – это ЧТО
ЧТО представляет собой ЧТО ЧТО называется ЧЕМ
ПОД ЧЕМ понимают ЧТО
Эти модели используются для того, чтобы установить
содержание понятия, раскрыть его существенные признаки.
6. Предложите варианты определений из текста, используя
данные выше модели, например, Квадрат – это четырёхугольник,
у которого все углы и стороны равны = Квадратом является
четырёхугольник, у которого все углы и стороны равны = Квадрат
19
представляет собой четырёхугольник, у которого все углы и
стороны равны = Квадратом называется четырёхугольник, у
которого все углы и стороны равны = Под квадратом понимают
четырёхугольник, у которого все углы и стороны равны: 1.Этот
процесс называется внутренней диффузией. 2.Сушка – это целый
комплекс явлений, связанных с тепло- и массообменом между
материалом и окружающей средой. 3.Любой материал в процессе
сушки представляет собой многокомпонентную систему. 4.Наиболее
благоприятным условием для сушки является равенство скоростей
внутренней и внешней диффузий. 5. Под скоростью сушки понимают
количество воды, удаляемой с единицы поверхности материала в
единицу времени.
5. Сушка как процесс
Процесс сушки можно разделить на три периода (рис.3):
1. Период нагрева материала, сопровождающийся нарастанием его
температуры до температуры мокрого термометра t
о
м
и
увеличением скорости сушки до некоторой максимальной
величины (dU/dt)
max
.
2. Период постоянной скорости сушки, в течение которого
поверхность материала остается водонасыщенной, убыль воды в
единицу времени постоянна и приблизительно равна скорости
испарения воды со свободной поверхности.
3. Период падающей скорости сушки, когда поверхность материала
уже не является водонасыщенной, и скорость сушки с
уменьшением влаги падает. При этом влага испаряется в
определенной зоне, которая по мере уменьшения влажности
материала перемещается от периферии зерна к его центру. Зона
испарения находится там, где давление пара в данный момент
равно давлению насыщенного пара при температуре материала.
На рис. 3 Uo и Uк - среднее начальное и конечное
влагосодержание тела; Uр - равновесное влагосодержание тела; tс и tм
- температура сушильного агента по сухому и мокрому термометру;
tп- температура поверхности тела; tц - температура центра тела;
кривая 1 - линия изменения среднего влагосодержания тела в
процессе сушки; кривая 2 - то же для температур тела; 1, 2, 3 продолжительность периодов сушки; к - возможное время окончания
20
сушки; Uв, tпв, tцв - соответственно среднее влагосодержание,
температура поверхности и температура центра тела к моменту
времени к.
Материал со средним влагосодержанием Uo и температурой tо
помещается в установку, через которую проходит сушильный агент с
tс > tо и парциальным давлением водяных паров Р’са, которое меньше,
чем парциальное давление водяных паров на поверхности материала
Р’пм. Материал начинает отдавать влагу (см. кривую 1), сушильный
агент ассимилирует ее, насыщается и удаляется из установки.
Взамен отработанного поступают все время новые порции
сушильного агента.
Рис.3. Изменение среднего влагосодержания (кривая сушки) и
температуры тела во времени в процессе сушки при постоянной
температуре
Количество влаги, удаляемое в единицу времени из материала,
начинает возрастать, и в точке а на кривой 1 достигает максимума.
Одновременно температура материала повышается от tо до tм в точке
а’, и поверхность материала достигает точки росы - температуры
сушильного агента по мокрому термометру. Период возрастающей
влагоотдачи с одновременным нагревом поверхности материала до
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]