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
насоса 3. Объем ресивера, посредством которого создается вакуумный
импульс, превышает в 8 раз объем вакуумной камеры 2, в которой
находится высушиваемый продукт. Ресивер соединен с вакуумной
камерой системой трубопроводов и шарового крана 6. Прогрев
продукта находящегося в емкости 8 осуществляется за счет внешнего
нагревателя 7.
Рис. 8.1. Лабораторный стенд вакуумно-импульсной сушки
пищевых продуктов: 1 ‒ ресивер; 2 ‒ вакуумная камера; 3 ‒
вакуумный насос 2НВР-5ДМ; 4,5 ‒ вакуумметр; 6 ‒ кран
шаровой; 7 ‒ нагреватель; 8 ‒ емкость с продуктом
Порядок работы лабораторной установки
Порядок работы лабораторного стенда можно рассмотреть на
основе вакуумной схемы представленной на рис. 8.2. Помещаем
высушиваемый продукт в вакуумную камеру CV1. Включаем
вакуумный насос NL1 и начинаем откачивать ресивер CV2, следим за
давлением по вакуумметру РD1. Параллельно с откачкой ресивера
производим нагрев продукта в вакуумной камере, температуру
продукта контролируем по термопаре размещенной в высушиваемом
продукте. По достижению в ресивере давления р=50 мм рт.ст
- 21 -
закрываем шаровой кран VП1 и открываем шаровой кран VП2 –
производим вакуумный импульс. Процесс нагрева при атмосфере и
подачи вакуумного импульса повторяется несколько раз. Количество
циклов прогрева и вакууммирования зависит от начальной влажности
исходного продукта и определяется экспериментально.
Рис. 8.2. Вакуумная схема лабораторного стенда
Порядок проведения лабораторного эксперимента
Объектом лабораторного исследования являются ломтики
моркови, нарезанные поперек корнеплода толщиной не более З мм.
Проведение эксперимента состоит в следующем:
высушиваемый продукт укладывается в емкость и помещается в
вакуумную камеру, затем включается нагреватель и производится
нагрев продукта, температуру контролируется по термопаре
размещенной в высушиваемом продукте. Параллельно с прогревом
включается вакуумный насос и откачивается ресивер, при этом
постоянно необходимо следить за давлением по вакуумметру. После
нагрева продукта до необходимой температуры (40‒50°С, но не более
80°С) ‒ производится вакуумный импульс. В результате этого вода во
влажном сырье вскипает, возникает давление парогазовой смеси,
превышающее давление воздуха в окружающей среде. Наличие такого
- 22 -
градиента давления вызывает движение влаги и ее выдавливанию из
продукта. Затем происходит испарение воды с поверхности продукта и
ее откачка, при дальнейшей выдержке под вакуумом. Процесс нагрева
при атмосфере и подачи вакуумного импульса повторяется несколько
раз. Время выдержки продукта под вакуумом определяется
экспериментально для каждого высушиваемого материала.
С целью определения работоспособности лабораторного
стенда были проведены эксперименты: серия опытов по атмосферной
сушке моркови при температуре 25°С, серия опытов по вакуумной
сушке при температуре 39,1°С, а также серия опытов по вакуумноимпульсной сушке моркови при температуре 39,1°С. Результаты
измерений представлены на рис. 8.3 и рис.8.4.
Рис. 8.3. Кривая сушки моркови от времени при различных способах
сушки: а – атмосферная сушка при Т=25,0˚С; б – вакуумная сушка при
Т=39,1˚С; в – вакуумно-импульсная сушка при Т=39,1˚С
- 23 -
в
M
c
M
Рис. 8.4. Кривая скорости сушки моркови от влагосодержания при
различных способах сушки: 1 – атмосферная сушка; 2 – вакуумная
сушка; 3 – вакуумно-импульсная сушка
Как видно из рис. 8.4., в начале процесса высушивания
скорость вакуумно-импульсной сушки почти в 2,5 раза превышает
скорость атмосферной сушки и в 1,3 раза – скорость вакуумной сушки.
Обработка результатов опыта
1. Подготовить весы лабораторные аналитические марки ВЛА-
200г к работе в соответствии с инструкцией по эксплуатации.
2. По полученному заданию от преподавателя подготовить
образцы материала (моркови определенного размера).
3. Произвести взвешивание влажного образца, поместив его на
чашку весов.
4. Измерить температуру в камере сушки.
5. Через определенные промежутки времени (например, 5
мин), записывать результаты измерения массы образца.
7. При достижении равновесного состояния (
=
прекратить опыт и взвесить исследуемый образец.
)
- 24 -
8. Приступить к обработке опытных данных по методике
изложенной в лабораторной работе №7 по выражения (7.5) –(7.14) по
программе представленной на рис. 7.5.
9. Получить задание у преподавателя на расчет опытных
данных по табл.8.1.
Содержание отчета
1) Наименование лабораторной работы.
2) Цель работы.
3) Основные теоретические положения.
4) Номер варианта задания, выданный преподавателем.
5) Распечатать результаты экспериментальных расчетов.
6) Выводы по лабораторной работе.
7) Подготовка ответов на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1) Основные положения вакуумно-импульсной сушки
пищевых продуктов.
2) Физическая сущность стадии удаления свободной влаги.
3) Физическая сущность стадии удаления связанной влаги.
4) Описание экспериментальной установки.
5) Порядок работы лабораторной установки.
6) Объяснить на примере лабораторной работы график кривой
сушки.
7) Объяснить на примере лабораторной работы график кривой
скорости сушки.
8) Объяснить на примере лабораторной работы получение
характерных точек на графиках кривой сушки и кривой скорости
сушки.
9) Объяснить на примере лабораторной работы расчеты времен
сушки по периодам постоянной скорости сушки и падающей скорости
сушки.
- 25 -
Таблица 8.1
Атмосферная сушка (опыт №1)
n/n
, мин
1
m
, г
2
m
, г
3
m
, г
4
m
, г
1 2 3 4 5
6
1 0 2,00
2,10
2,03
2,14
2 5 1,95
2,06
1,98
2,10 3 10
1,90
2,02
1,94
2,07 4 16
1,86
1,96
1,87
1,99 5 22
1,80
1,90
1,80
1,92 6 28
1,77
1,85
1,76
1,88 7 34
1,72
1,80
1,71
1,81
8
42
1,66
1,75
1,64
1,74
9
50
1,61
1,68
1,58
1,68
10
56
1,58
1,66
1,54
1,65
11
62
1,54
1,59
1,49
1,60
12
68
1,49
1,55
1,46
1,56
13
73
1,46
1,52
1,42
1,52
14
78
1,43
1,48
1,39
1,48
15
84
1,39
1,43
1,35
1,44
16
90
1,35
1,39
1,31
1,40
17
96
1,30
1,34
1,27
1,35
18
108
1,24
1,27
1,21
1,30
19
118
1,18
1,20
1,15
1,23
20
128
1,13
1,16
1,09
1,18
21
140
1,07
1,08
1,02
1,11
22
150
1,00
1,01
0,97
1,04
23
160
0,97
0,97
0,93
1,00
24
171
0,90
0,90
0,87
0,93
25
181
0,86
0,84
0,82
0,88
26
191
0,81
0,79
0,79
0,84
27
201
0,77
0,75
0,75
0,79
28
211
0,74
0,71
0,71
0,76
29
221
0,68
0,66
0,66
0,71
30
231
0,64
0,62
0,62
0,67
31
249
0,58
0,54
0,57
0,60
Таблица опытных данных для расчетов
- 26 -
Окончание табл.8.1.
1 2 3 4 5 6 32
264
0,51
0,50
0,52
0,56
33
286
0,45
0,43
0,47
0,49
34
309
0,43
0,40
0,44
0,46
35
324
0,41
0,38
0,41
0,44
36
344
0,39
0,35
0,39
0,41
37
366
0,37
0,34
0,38
0,40
Вакуумная сушка (опыт №2)
1 0 2,65
1,47
2,29
2,40 2 18
2,32
1,17
1,95
2,09
3
36
2,09
0,94
1,70
1,84 4 54
1,85
0,73
1,48
1,61 5 72
1,63
0,58
1,25
1,37 6 90
1,40
0,44
1,02
1,16
7
108
1,22
0,34
0,86
0,96
8
126
1,04
0,27
0,72
0,80
9
144
0,89
0,23
0,64
0,69
10
162
0,77
0,22
0,55
0,58
11
180
0,66
0,21
0,47
0,49
12
198
0,58
0,20
0,42
0,44
13
216
0,52
0,20
0,37
0,40
14
234
0,47
0,20
0,35
0,37
15
252
0,44
0,20
0,34
0,36
16
270
0,41
0,20
0,33
0,35
17
288
0,39
0,20
0,32
0,34
18
315
0,38
0,20
0,32
0,34
Вакуумно-импульсная сушка (опыт №3)
1 0 1,37
1,50
1,87
1,47 2 33
0,93
1,01
1,34
1,01
3
66
0,59
0,62
0,93
0,66
4
99
0,37
0,38
0,63
0,40
5
122
0,25
0,27
0,42
0,26
6
155
0,20
0,22
0,31
0,21
7
185
0,18
0,21
0,26
0,20
8
213
0,18
0,20
0,25
0,20
- 27 -
Лабораторная работа 9
ИССЛЕДОВАНИЕ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ
Цель работы: ознакомиться с методами экспериментальной
сушки древесины 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 древесины различных пород.
2. Произвести экспериментальное исследование процесса сушки
древесины различных пород.
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 кинетики сушки древесины
Процесс вакуумной сушки древесины привлек внимание
технологов в конце позапрошлого столетия. В патенте Ч. Говарда от
1883 года появляются первые попытки сушки древесины с помощью
вакуума. В 1940 году к вакуумной технологии сушки обращается
Войт, а в 1941 году опыты с автоклавом проводят Рихерс и Игни. В
дальнейшем это работы Мэдисона (1956), Коллмана, Кришера и
других. Опыты проводились как с постоянным, так и с дискретным
вакуумом, но полученные результаты Вильером были оценены как
"катастрофические", и проблема осталась нерешенной. В технологии
сушки древесины вакуумом с применением конвекционного
нагревания был сделан значительный шаг вперед Малквистом и
Ноуком (1965). Все это так и остались на уровне лабораторных
опытов.
С 1959 года по 1961 год Паньоцци проводил опыты по сушке
небольших объемов древесины различных пород, используя
вакуумный стеклянный колпак, в котором древесина нагревалась
термоэлементами от утюгов.
Так родилась система «нагревательных пластин». Ее главным
смыслом было использование высокой теплоотдачи при контакте
- 28 -
древесины и пластин. Стимулом проводить опыты явился растущий
спрос деревообрабатывающей промышленности на сушку сырых
пиломатериалов определенной толщины из твердых пород древесины,
таких как бук, черная акация, дуб и некоторые очень твердые
тропические породы.
Сушка древесины – одна из основных мер, предупреждающих
понижение качества древесины (предохраняет от загнивания,
увеличивает прочность, уменьшает плотность и склонность к
изменению формы и размеров).
В последние годы в России начался рост малых и средних
предприятий по производству столярно–строительных изделий и
мебели, потребляющих пиломатериалы и заготовки из древесины
хвойных, лиственных и, особенно, твёрдых лиственных пород. Таким
производством, выпускающим изделия по европейским стандартам,
потребовалась высококачественная сушка древесины. Кроме того,
начали создаваться деревоперерабатывающие производства в
леспромхозах, которые сокращают вывоз круглых лесоматериалов и
увеличивают выпуск пиломатериалов, в том числе высушенных, а
также изделий деревообработки.
Способы сушки древесины
Выбор способа сушки древесины и сушильного оборудования
определяется рядом факторов: породным и сортиментным составом
высушиваемых пиломатериалов, стоимостью энергоносителя,
необходимой производительностью, производственными условиями и
инвестиционными возможностями потребителя. Поэтому проведём
краткий обзор существующих способов сушки пиломатериалов.
Атмосферная сушка
Естественную сушку осуществляют на открытом воздухе, под
навесами или в закрытых помещениях до воздушно-сухого состояния,
то есть до влажности 15...20 %. Атмосферная сушка – длительный
(несколько недель и даже месяцев) и трудно регулируемый процесс,
но она проста и не требует затрат на подогрев теплоносителя.
Естественная сушка происходит под влиянием атмосферного
циркулирующего воздуха, испаряющего влагу из древесины.
Естественная сушка пиломатериалов совмещается с хранением.
Сушить древесину надо обязательно в тени, под навесом и на
сквозняке. При сушке на солнце внешняя поверхность древесины
- 29 -
быстро нагревается, а внутренняя остается сырой. Из-за разницы
напряжений образуются трещины, дерево быстро коробится. Влажные
пиломатериалы сушат сразу после распиловки. Это предупреждает
появление червоточин и гнили.
Материалы, уложенные в штабель, весной сохнут хуже, чем
летом. Более интенсивно этот процесс происходит в июне.
Атмосферная сушка является наиболее доступным способом
обезвоживания древесины. Известно, что атмосферно высушенная
древесина может эксплуатироваться многие столетия, если её
повторно не увлажнять.
Атмосферная сушка является наиболее дешёвым способом, и
раньше она была основной на лесопильных предприятиях. Она не
требует таких капитальных затрат, как камерная, но для неё нужны
большие площади и большой запас материала.
Основным недостатком атмосферной сушки является то, что
процесс неуправляем: в районах с повышенной влажностью воздуха
повышается вероятность поражения пиломатериалов грибами, а на
юге (от сильной жары) – растрескивания.
Разложение древесины грибами происходит при её влажности
выше 22%, и это граничное значение (22%) считается «пределом
биостойкости».
По правилам, атмосферная сушка проводится в штабелях,
укладываемых на специальных фундаментах (высотой 550 мм при
грунтовом покрытии или 200 мм при бетонном или асфальтном
покрытии подштабельной территории, если высота снежного покрова
обычно не превышает 250 мм). Фундамент выполнятся, как правило,
из железобетонных опор площадью не менее 400х400 мм. Можно
использовать деревянные опоры, предварительно пропитав их
антисептическим составом. Расстояние между центрами опор должно
быть 1,0–1,7 м по длине и 1,3–1,4 м по ширине штабеля.
Состояние сушильного агента (воздуха) нестабильно, на него
оказывают влияние климатические условия, время года и суток. В
результате взаимодействия воздуха и высыхающей древесины на
складах создаётся своеобразный микроклимат: воздух имеет
пониженную температуру, повышенную влажность и небольшую
скорость циркуляции. Поэтому процесс атмосферной сушки
длительный. Древесина высушивается до влажности 12–20% в
зависимости от климата (температуры и влажности воздуха), породы и
толщины материала.
- 30 -
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]