Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологии в условиях низкого вакуума. В 3 частях. Ч.3. Методические указания
.pdf
При достаточно высокой влажности материала сушку можно
dU
N
d
N
U
кр
1
н0
U
U
dU N d
0
0
н кр
1
UU
N
U
р
dU
d
K
UU
рассматривать как испарение влаги со свободной поверхности
жидкости.
Интенсивность испарения характеризуется скоростью сушки –
изменением влагосодержания материала в единицу времени
где знак минус означает убыль влаги из материала;
– скорость сушки в первом периоде, [кг влаги / кг сухого вещества
/ с];
– влагосодержание материала, [кг влаги/ кг сухого вещества];
– время (с).
Разделим переменные и проинтегрируем в пределах изменения
влажности в первом периоде
Примем
и для исключения минуса в (7.6) поменяем
, (7.5)
, (7.6)
пределы интегрирования.
Окончательно продолжительность сушки в первом
периоде можно записать
, (7.7)
Во втором периоде – периоде падающей скорости сушки
на кривой ВС, представленной на рис. 7.2, возьмем
произвольную точку, соответствующую влажности
.
Запишем выражение для тангенса угла наклона кривой
ВС к оси абсцисс
Разделим переменные и проинтегрируем в пределах
изменения влажности при сушке во втором периоде
. (7.8)
- 11 -
к2
кр 1
р
U
U
dU
Kd
UU
0
0
кр р
2
кр
ln
UU
K
UU
2
кр р
2
кр
1
ln
UU
K U U
кр р
N
K
UU
кр р кр р
2
кр
ln
U U U U
N U U
п 1 2
п
кр р
,,U U N
-12-
, (7.9)
Примем
и для исключения минуса в (7.9) поменяем
пределы интегрирования.
После интегрирования получим выражение
Из (7.10) выразим время сушки во втором периоде
. (7.10)
. (7.11)
Выразим коэффициент скорости сушки во втором
периоде K через скорость сушки в первом периоде N, при
условии, что точка В общая для обеих случаев
, (7.12)
Окончательно можно записать время сушки во втором
периоде
. (7.13)
Общая продолжительность сушки
, (7.14)
где
‒ время прогрева материала до температуры сушки в первом
периоде (рис. 7.2 и рис. 7.3).
Значения
- определяются экспериментально.
- 12 -
Описание экспериментального стенда
Основные принадлежности и материалы:
1. Лабораторная сушильная установка (торсионные весы WT-50);
2. Термометр лабораторный марки ТЛ-4;
3. Образец высушиваемого материала (капиллярно-пористый
материал);
4. Емкость с водой и льдом;
5. Секундомер.
Описание многодиапазонных торсионных весов WT-50
На рисунке 7.4 представлена схема торсионных весов WT-50.
Рис. 7.4. Схема торсионных весов WT-50
1 - металлическая плита; 2 - корпус; 3 - регулировочные винты; 4 уровнемер для проверки правильности установки весов; 5 - чашка или
крючок для подвески взвешиваемого груза; 6 - защитное стекло; 7 ручка для смены диапазонов взвешивания; 8 - ручка, используемая при
взвешивании и вращающая барабан со шкалой и ручка,
предназначенная для установки неподвижной стрелки на нулевое
значение шкалы; 9 - ручка, обеспечивающая арретирование
подвижного рычага.
- 13 -
Подготовка к эксплуатации
При закрытых дверцах, предотвращающих внешнее
воздействие на чашку, следует привести весы в рабочее состояние.
Это заключается в повороте ручки 9 на 1800 и установки красной
точки на “0” ( приведение в рабочее состояние).
Буква “Z” обозначает позицию “арретирование”. Проверить
видна ли в окошке цифра “0”. Если в окошке находится цифра,
“10,20,30” на весах с диапазоном 0—50, следует правую бакелитовую
ручку 7 повернуть вправо так, чтобы в окошке появилась цифра “0”.
Затем левой ручкой 8 поворачивать шкалу до тех пор, пока подвижная
стрелка не установится на красной риске, определяющей равновесие
рычага. Левой рукой ручкой 10 следует установить неподвижную
стрелку на нулевое значение шкалы.
Взвешивание
Приступая к взвешиванию, следует открыть дверцу чашки.
Приготовленный к взвешиванию квадрат из капиллярно-пористого
материала размером 0,15х0,15 м следует повесить на крючок.
Закрыть стекло 6. Левую ручку 8 вращать левой рукой влево
(от себя), пока подвижная стрелка не установится на красной риске
равновесия. Вращение ручки вызывает вращение подвижной шкалы.
Массу взвешиваемого груза считывают на подвижной шкале, в месте,
указываемом неподвижной стрелкой. В случае взвешивания груза
массой, превышающей приведенное предельное значение шкалы,
вращением правой ручки 7 меняют диапазон взвешивания и в окошке
появляется соответствующие цифры на 10, 20, 30, 40, 50.
Отсчет массы взвешиваемого груза производят следующим
образом: к числу, указываемому в окошке, прибавляют значение,
показываемое на шкале. После отсчета результата, следует привести
шкалу ручкой 8 в исходное (нулевое) положение, вращая ее вправо (к
себе). По окончании измерения следует осторожно снять груз, закрыть
дверцу и установить в окошке цифру “0”.
Порядок проведения эксперимента
1. Подготовить весы к работе в соответствии с инструкцией по
эксплуатации.
2. По полученному заданию от преподавателя подготовить
образец материала (целлюлозы) определенного размера.
- 14 -
3. Произвести взвешивание сухого образца, поместив его на
в
M
c
M
n
/
n
Вре-
мя
теку-
щее,
, с
Мас-
са
влаж-
ного
образ-
ца,
в
M
,
мг
Мас-
са
вла-
ги,
ж
M
,
мг
Влагосодержа-
ние образца,
U
,
.
кг влаги
кг сух в ва
,c
Ско-
рость
суш-
ки,
N
,
1
c
Ско-
рость
суш-
ки,
N
,
2
1
мc
U
,
%
U
,
%
U
%
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
1 0 49,7
32,9
195 195 195 300 0,65 0
крючке для подвески взвешиваемого груза.
4. Измерить температуру воды для смачивания образца.
5. Провести смачивание образца в воде и определить его
начальный вес.
6. Через определенные промежутки времени (например, 5
мин), уравновешивать положение весов и записывать результаты
измерения.
7. При достижении равновесного состояния (
=
прекратить опыт и вынуть исследуемый образец из весов.
8. Привести торсионные весы в исходное положение в
соответствие с положениями инструкции по эксплуатации.
Обработка результатов опыта
1) Записать исходные данные, необходимые для дальнейших
расчетов занести в табл.1 (образец расчетов представлен на рис 7.5):
1. Материал:___________________________________________
2. Размеры образца:_____________________________________м
3. Масса сухого образца: Мс=____________________________мг
4. Температура воды: t в =______________________________0 С
5. Температура сушки: tс=_______________________________0С
Таблица 1
Результаты расчетов экспериментальных данных
)
- 15 -
Рис. 7.5. Образец выполнения расчетов в электронной таблице
вс
с
100%
ММ
U
М
в
M
c
M
1
2
NN
UU
U
U
1
100
NN
UU
U
Excel
2) Рассчитать влагосодержание исследуемого материала в
каждый измеренный момент времени по формуле:
,
где –
3) Рассчитать среднее влагосодержание исследуемого
материала по формуле:
4) Рассчитать влагосодержание исследуемого материала
по формуле:
5) Записать рассчитанные данные в графы № 5,6,7 отчетной
таблицы экспериментальных данных.
– масса влажного материала;
- 16 -
– масса сухого материала.
.
[%]
6) Построить кривую сушки по опытным данным см.рис.7.2.
1
c
dU U
N
d
2
1
мс
dU U
N
d F F
,NN
U
U
F
1
Uf
2
N f U
2
N f U
2
N f U
U
н
U
кр
U
к
U
р
U
2
N f U
п
I
II
2
N f U
1
Uf
U
н
U
кр
U
к
U
О
A
B
C
7) По кривой сушки (по экспериментальным данным)
рассчитать скорости сушки для всех замеров по формулам:
;
,
где
влагосодержание образца изменилось на
– поверхность испарения (сушки) образца.
данным см. рис. 7.3.
область прогрева материала, область постоянной скорости сушки,
область падающей скорости сушки.
влагосодержание исходного материала,
влагосодержание,
влагосодержание,
экспериментальные времена сушки:
высушиваемого материала,
– время падающей скорости сушки.
‒ скорости сушки на участке влагосодержания
– промежуток времени на кривой сушки, за которое
;
8) Построить кривую скорости сушки по рассчитанным
9) Проанализировать графики
10) На графике
11) На графике
– критическое влагосодержание,
– равновесное влагосодержание.
12) На графике
13) Результаты, полученные на графике скорости сушки
перенести на график кривой сушки
выделить характерные области:
отметить характерные точки:
– время постоянной скорости сушки,
и
– начальное
определить основные
– время прогрева
;
.
–
– конечная
и нанести
точки О, A, B, C соответствующие
соответственно. Также необходимо нанести кривую изменения
температуры, обозначенные точками
,
,
,
,
,
.
- 17 -
и
,
14) По формулам (7.5 – 7.14) провести расчет времени сушки
р
U
к
U
р
U
к
U
к
U
кр
0,1%UU
для первого периода и второго периода, где
,
– равновесное и
конечное влагосодержание материала (
по причине сложности определения
разность
.
– можно взять из графика, а
, рекомендуется брать
15) Сделать выводы по работе.
Содержание отчета
1) Наименование лабораторной работы.
2) Цель работы.
3) Основные теоретические положения.
4) Полученный варианта задания у преподавателя.
5) Распечатать результаты экспериментальных расчетов.
6) Выводы по лабораторной работе.
7) Подготовка ответов на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1) Дать определение процесса сушки.
2) Физическая сущность процесса сушки.
3) Способы выражения влагосодержания.
4) Какие вопросы изучает статика сушки.
5) Какие вопросы рассматривает кинетика и динамика
сушильного процесса.
6) Виды связи влаги с материалом.
7) Схема экспериментальной установки.
8) Порядок работы на установке.
7) Объяснить на примере лабораторной работы график кривой
сушки.
8) Объяснить на примере лабораторной работы график кривой
скорости сушки.
9) Объяснить на примере лабораторной работы получение
характерных точек на графиках кривой сушки и кривой скорости
сушки.
10) Объяснить на примере лабораторной работы расчеты
времен сушки по периодам постоянной скорости сушки и падающей
скорости сушки.
- 18 -
Лабораторная работа 8
ИССЛЕДОВАНИЕ СУШКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
ВАКУУМНО-ИМПУЛЬСНЫМ МЕТОДОМ
Цель работы: ознакомиться с вакуумно-импульсным методом
сушки пищевых продуктов и методами экспериментального
исследования кривых сушки; выполнить эксперименты для получения
кривой сушки и кривой скорости сушки; освоить методы обработки
кривых кинетики сушки.
Задание
1. Изучить и законспектировать учебный материал по
исследованию сушки растительного сырья вакуумно-импульсным
методом.
2. Произвести экспериментальное исследование процесса сушки
вакуумно-импульсным методом.
3. Построить графики кривой сушки и кривой скорости сушки.
4. Написать выводы по лабораторной работе.
5. Пройти контроль знаний на ЭВМ.
Теоретические положения
Основные положения вакуум-импульсной сушки пищевых
продуктов
Для интенсификации процесса массопередачи определяющую
роль играют скорость создания градиента давления и его величина. С
увеличением его скорости количество влаги, удаляемой за счет
фазового перехода уменьшается (до 5%), а количество влаги,
удаляемой в виде тумана, возрастает.
Удаление свободной влаги
В процессе предварительного нагрева пищевых продуктов при
атмосферном давлении в герметичной камере происходит уменьшение
вязкости жидкости, снижение ее поверхностного натяжения и, как
следствие, уменьшение энергии когезии, возрастание ее текучести.
Когезия – связь между молекулами (атомами, ионами) внутри тела в
пределах одной фазы. Когезия характеризует прочность тела и его
способность противостоять внешнему воздействию. Основой когезии
могут являться силы межмолекулярного взаимодействия, включая
водородную связь или силы химической связи.
- 19 -
Свободная влага из пищевых продуктов вытекает на ее
поверхность. Резкое создание в герметичной камере вакуума приводит
жидкость в перегретое состояние и ведет к ее вскипанию в порах
пищевых продуктов. За счет образовавшегося пара свободная влага из
пор удаляется в объем сушильной камеры. Данный процесс называют
вакуумным отжимом.
На данной стадии, в процессе создания вакуумного импульса
количество жидкости, удаляемой в виде тумана (без фазового
перехода) остается постоянным, и количество испаряющейся
жидкости не изменяется. Это приводит к снижению температуры
продукта в процессе скоростного вакуумирования на постоянную
величину.
Удаление связанной влаги
Это заключительная стадия удаления жидкости из пищевых
продуктов практически только за счет фазового перехода, основанного
на использовании скрытой теплоты парообразования, полученной при
резком уменьшении остаточного давления при данной температуре. В
этом случае снижение температуры менее значительное, чем при
первой стадии сушки.
Описание экспериментального стенда для вакуумно-
импульсной сушки пищевых продуктов
Развитие малых предприятий по производству продукции из
фруктового и овощного сырья требует комплексного подхода к его
переработке: переработка продукции за короткое время с сохранением
высокого качества. Обеспечить выполнение этих условий можно
путем совершенствования традиционных технологий. Когда-то
фрукты и овощи сушили просто на открытом воздухе, сегодня для
этого используют специальное оборудование – сушильные камеры.
Основное отличие вакуумной сушильной камеры от простой
сушильной камеры – сушка продукта в ней происходит в ускоренном
режиме. В последнее время получает развитие вакуумно-импульсная
технология сушки капиллярно-пористых материалов (растительного
сырья). Для изучения процесса и совершенствования технологии
вакуумно-импульсной сушки пищевых продуктов разработан
экспериментальный лабораторный стенд.
На рис. 8.1 представлен общий вид лабораторного стенда.
Создание вакуума в ресивере 1 производится с помощью вакуумного
- 20 -
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]