3 Исследование процесса сушки в контактной сушилке
3.1 Описаниелабораторнойустановкииметодикаисследования
Электрическая принципиальная схема лабораторной установки для контактной сушки представлена на рисунке 11.
1 |
2 |
А
V |
220 |
1 – спираль термовесов; 2 – ЛАТР
Рисунок 11 – Схема электрическая принципиальная
Установка состоит из электропечи, собранной на базе электрических лабораторных весов типа ВЛКТ. Питание весов осуществляется переменным электрическим током 220 В через ЛАТР. Для контролирования процесса сушки и снятия электрических характеристик в цепь включены электроно - измерительные приборы: вольтметр V и амперметр А.
Схема электропечи изображена на рисунке 12
6 |
7 |
|
8 |
5 |
9 |
|
|
4 |
10 |
3 |
11 |
2 |
12 |
|
|
1 |
13 |
|
1 - исполнительный механизм весов; 2, 8 - теплоизоляционные кольца; 3 - тигель; 4 - изолятор; 5 - корпус; 6 - термометр; 7 - крышка;
9 - пробка; 10 - исследуемый материал; 11 - термоизоляция боковая; 12 - стакан; 13 - электроспираль.
Рисунок 12 – Схема лабораторной установки
17
Металлический тигель 3 с исследуемым материалом 10 (влажный песок) устанавливаетсявстакан12, соединенныйсисполнительныммеханизмомвесов 1. Дляпредотвращенияотводатеплавокружающуюсредуи внутрькорпусавесов 1 печь окружена теплоизоляционными кольцами 2,8 и слоем асбестового полотна 11. Для центровки вертикальной оси внутрь печи установлена трубка из кварцевого стекла – изолятор 4. Одновременно она же служит для электроизоляции тигля от спирали электрического нагревателя. Внутрь исследуемого образца помещается ртутный или электронный термометр 6, который удерживается в вертикальном положении пробкой 9. Вся сборка расположена в цилиндрическомкорпусе5 изакрытакрышкой7.
Как модификация, для проведения лабораторной работы могут быть использованы электронные лабораторные весы типа ВЛТ и электронный термометр типа Сhecktemp. В этом случае внутренняя конструкция термовесов упрощается (отсутствует стакан 12, изолятор 4 и вместо пробки 9 используется крышка стакана с отверстиями для отвода пара).
Перед началом работы необходимо осмотреть установку, проверить прочность соединения контактов электрической цепи и вывести ЛАТР в нулевое (крайнее) положение. Работа проводится в следующем порядке:
−собрать экспериментальную сборку (пустой тигель, крышку, термометр) и поставить ее на весы;
−включить весы клавишей I/O;
−НЕ ВЫКЛЮЧАЯ ВЕСОВ, вынуть термометр, снять крышку, засыпать исследуемый материал на 2/3 высоты тигля, собрать сборку и поставить ее на весы. На дисплее весов отобразится масса сухого исследуемого материала без учета массы тигля, крышки и термометра. Записать массу сухого материала mсух. в таблицу 2;
−вновь разобрать сборку, аккуратно долить в тигель воду (15-20 г) и
аналогичным образом произвести взвешивание влажного образца (mсух. + mводы). Установка готова к работе;
−включить электронный термометр переключателем на верхней его части и с помощью ЛАТРа установить примерную скорость нагрева ≈ 5
°С/мин. Показания приборов занести в таблицу 2.
Таблица 2 – Исследование процесса контактной сушки
Время |
Масса образца |
Температура, |
τ, с |
(mсух. + mводы), кг |
°С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Влаго- |
Скорость |
содержание |
процесса |
Wс, кг/кг |
сушки U, с-1 |
|
|
|
|
|
|
Примечания.
1)масса сухого материала, mсух. = …
2)начальная масса влаги, mводы = …
3)при достижении t = 120 °С эксперимент прекратить.
18
После окончания эксперимента (достижение температуры исследуемого материала 120 °С) следует отключить лабораторную установку (ЛАТР, весы, термометр) от сети или внутреннего питания и не разбирать ее до полного остывания.
3.2Обработка экспериментальных данных и оформление отчета
3.2.1Обработка экспериментальных данных
По данным экспериментальной таблицы наблюдений 2 для каждого отсчета рассчитывается влагосодержание материала wci, кг/кг:
|
wci = mводыi = |
(mсух. |
+ mводыi) − mсух. |
, |
|
|
|
||
|
mсух. |
mсух. |
||
где |
тводы i – текущее значение массы влаги в материале, кг; |
|||
(тсух + тводы) i – текущее значение массы образца, кг.
Полученные значения влагосодержания заносятся в таблицу 2.
По данным таблицы 2 строятся графики зависимости температуры образца от времени сушки t = f (τ) и влагосодержания от времени wc = φ (τ) (см. рисунок 9).
По данным таблицы или из графика wc = φ(τ) для каждого значения wc материала определяется скорость процесса сушки:
U = dwdτc .
Значения скорости заносятся в таблицу, после чего строится графическая зависимость скорости процесса сушки от влагосодержания материала U = f (wc) (см. рисунок 10).
По графикам: t = f (τ), wc = φ (τ) и U = f (wc) устанавливается период прогрева материала, период постоянной скорости сушки, период падающей скорости сушки и критические значения влагосодержания.
3.2.2 Содержание отчета
Отчет по лабораторной работе по исследованию процесса сушки в конвективнойсушилкедолженсодержатьследующиеразделы:
−цель работы;
−краткое изложение теории;
−описание схемы лабораторной установки;
−полученные экспериментальные данные, результаты расчета, графики зависимости температуры и влагосодержания от времени, скорости процесса сушки от влагосодержания;
−выводы.
19
4 Исследование процесса сушки в многофункциональной микроволновой сушилке
4.1 Описание лабораторной установки и методика исследований
Работа проводится с использованием многофункциональной микроволновой печи с рабочим объемом 24 л, изображенной на рисунках 13, 14. Через отверстие в верхней стенке печи проходит термостойкая нить, на которой подвешена чаша с высушиваемым материалом. Верхний конец нити крепится к нижнему подвесу электронных цифровых весов.
При запуске программы лабораторной работы на экране монитора появляется лицевая панель программы эксперимента. В нижней части экрана помещен осциллограф для регистрации остаточной массы высушиваемого материала и количества испаренной влаги. В правой и верхней части лицевой панели расположены индикаторы, отображающие текущие значения температуры воздуха в рабочем объеме СВЧ печи, массы высушиваемого материала и испаренной влаги.
1 – чаша с высушиваемым материалом; 2 – камера; 3 – электронные весы; 4 – индикатор температуры; 5 – ИК нагреватель; 6 – конвективный нагрев; 7 – СВЧ нагрев
Рисуно13 – Схема установки
Рисунок 14 – Фотография установки
20
После изучения методических указаний необходимо заготовить форму отчета о проведенной работе, в которую следует внести название и цель работы, основные сведения об изучаемых процессах, схему экспериментальной установки, готовую таблицу 3 для записи результатов измерений и вычислений.
Таблица 3 – Основные показатели исследованных режимов сушки
|
Начальная |
Масса |
Убыль |
Время |
Способ сушки |
образца |
|||
масса |
в конце |
влаги, |
сушки, |
|
|
образца, г |
℅ |
мин. |
|
|
сушки, г |
Инфракрасный
Конвективный
ИК + конвекция
СВЧ
СВЧ+конвекция
Лабораторная работа проводится в следующей последовательности:
−подготовить 5 одинаковых образов высушиваемого материала и один из них аккуратно поместить в сушильную камеру;
−включить компьютер и подключить USB шнур стенда к компью-
теру;
−подключить стенд к сети 220 В и запустить его тумблером «Сеть»;
−включить электронные весы кнопкой «ВК1» и дождаться стабилизации, если стабилизации нет, то требуется дождаться пока перестанет качаться платформа и снова запустить весы;
−включить компьютер и запустить программу проведения лабораторной работы «ЛР Сушка». Кнопкой «Пуск» на лицевой панели включить программу измерений, показанную на рисунке 15;
Рисунок 15 – Лицевая панель компьютерной системы измерения
21
−установить заданный режим работы микроволновой печи и запустить ее. В автоматизированной лабораторной установке измерение и регистрация текущих значений массы высушиваемого материала осуществляется непрерывно. Одновременно вычисляется убыль влаги по времени, осуществляется пересчет абсолютных значений в относительные, формируются соответствующие массивы данных;
−занести показатели режима в сводную таблицу 3. С началом рабочего режима наблюдать за изменением массы высушиваемого материала и убыли влаги на компьютере и плазменной панели. Обратить внимание на характерные участки изменения массы;
−при установлении равновесной влажности, когда изменение текущей массы становится меньшим 0,1 г за цикл измерений, выключить сушильную камеру и записать время сушки и данные цифровых индикаторов
втаблицу 3;
−открыть камеру и через 2-3 минуты осторожно извлечь высушенный образец. Визуально оценить качество сушки;
−повторить эксперимент при других режимах работы печи;
−перенести в отчет графики изменений текущей массы и убыли влаги по времени;
−построить и проанализировать графики экспериментальных зависимостей dM/dτ=f(τ).
4.2.1 Обработка экспериментальных данных
На данной установке экспериментальные данные обрабатываются автоматически. Основные показатели процесса заносятся в сводную таблицу 3, по данным которой строятся и анализируются графики зависимостей
dM/dτ=f(τ).
4.2.2. Содержание отчета
Отчет по лабораторной работе по исследованию процесса сушки в многофункциональной микроволновой сушилке должен содержать следующие разделы:
−цель работы;
−краткое изложение теоретических основ сушки;
−описание схемы лабораторной установки;
−краткую характеристику выполненной работы (высушиваемый материал, режимы работы печи, используемое оборудование);
−максимальное и минимальное время сушки;
−полученные экспериментальные данные;
22