Контрольні питання

1. Який технологічний процес називається сушкою?

2. Що є рушійною силою процесу сушки?

3. Що називається швидкістю сушки в першому періоді? (як інакше називається цей період сушки?). За яких умов швидкість сушки в першому періоді постійна?

4. Чим визначається швидкість сушки в другому періоді (як інакше називається цей період сушки)?

5. Що таке рівноважна вологість матеріалу і від чого залежить його величина? Що таке критична вологість матеріалу?

6. Как змінюється температура матеріалу в процесі конвективної сушки?

7. Чому при сушці волога в матеріалі переміщається з внутрішніх шарів до поверхні?

Лабораторна робота № 17

РОЗРАХУНОК І АНАЛІЗ ПАРАМЕТРІВ ВОЛОГОГО ПОВІТРЯ ПРИ КОНВЕКТИВНІЙ СУШЦІ

Мета роботи:

1. Ознайомлення з методикою вимірювання основних параметрів вологого повітря.

2. Аналітичний розрахунок основних параметрів вологого повітря

3. Визначення і аналіз зміни основних параметрів вологого повітря в процесі сушки.

1. Теоретичні основи

Технологічні процеси конвективної сушки протікають при певній температурі і вогкості повітря. Вологе повітря є сумішшю сухого повітря і вологої пари. Стан вологого повітря характеризується його параметрами.

Барометричний тиск

Барометричний тиск повітря рівний сумі парціального тиску його складових, тобто сухого повітря і пари:

Р_б=Р_c.в.+ Р_n

де Р_б - загальний барометричний тиск вологого повітря, Па;

Р _с.в. і Р_n - парціальний тиск відповідно сухого повітря і пари.

Абсолютна і відносна вологості повітря

Під абсолютною вологістю P_n розуміється маса водяної пари, що знаходиться в 1 м³ вогкості повітря.

Відносною вологістю повітря називають відношення маси водяної пари, що знаходиться в 1 м³ вологого повітря до максимально можливої маси його в 1м³ повітря при тих же барометричному тиску і температурі.

Максимально можливий вміст пари в повітрі досягається при повному насиченні його водяною парою, тобто при P_max = P_нас, тоді

де P_n - парціальний тиск пари в повітрі, Па;

P_нас - тиск пари при повному насиченні повітря водяними парами, тобто тиск насиченої пари, Па

Відносна вологість повітря характеризує здатність повітря поглинати вологу: чим вона нижча, тим вище висушувальна здатність повітря.

Тиск насиченої пари залежить від температури: з підвищенням її тиск насиченої пари збільшується, а це викликає зменшення відносної вологості повітря. Тому при нагріванні повітря в калориферах його висушувальна здатність значно збільшується, і навпаки, при охолоджуванні повітря унаслідок зменшення P_нас відносна вологість повітря збільшується. При зволоженні повітря водяною парою парціальний тиск пари P_n збільшується. Це викликає збільшення відносної вологості повітря і зниження його сушильної здатності; при повному насиченні повітря парціальний тиск пари стає рівним тиску насиченої пари P_n == P_нас, тоді φ= 100% (оскільки P_n/P_нас=1). Повітря, повністю насичене водяними парами (φ = 100%), не здатне поглинати вологу, його висушувальна здатність рівна нулю.

Питомою вологістю вологого повітря називається маса пари, що міститься у вологому повітрі, віднесена до 1кг сухого повітря.

де G_n - маса вологи в повітрі, кг;

G_{c в}- маса сухого повітря, кг.

Залежність між вологістю і парціальним тиском пари виражається формулою

В цій формулі на підставі формули можна замінити P_n = φ P_нас, тоді

Питома ентальпія вологого повітря відноситься до 1 кг сухого повітря, визначається як сума ентальпії 1 кг сухого повітря, і ентальпії пари, виражається в Дж/кг сухого повітря:

I=I_CB+I_n

I=c_CBt+(r₀+c_nt)

де С_с.в. - питома теплоємність сухого повітря, яка може бути прийнятий рівній 1004,64 Дж/(кг К);

Сn - питома теплоємність пари, рівна 1841,84 Дж/(кг*К);

r_о - питома теплота пароутворення при 0 ⁰С, рівна 2499, 42 кДж/кг.

а - з природною циркуляцією повітря;

б - з примусовою циркуляцією повітря.

Рисунок 1 - Психрометри

Якщо вологе повітря з певними параметрами (t, φ, х, І) охолоджувати при постійній кількості в ньому вологи (х = const), то при пониженні температури відносна вологість повітря підвищуватиметься. Межею охолоджування повітря при постійній вологості є температура, при якій вологість повітря досягне 100%. Ця температура називається температурою точки роси t_p. Якщо випаровування вологи в повітря відбувається тільки за рахунок теплоти повітря, коли немає підведення і відведення теплоти ззовні, процес називається адіабатним випаровуванням.. При цьому температура повітря знижуватиметься, а його відносна вологість - збільшуватися. При повному насиченні повітря (φ = 100%) температура повітря стане рівна температурі води, що випаровується. Ця температура називається температурою мокрого термометра t_м.'

Таким чином, температура мокрого термометра - це температура адіабатного насичення повітря.

Потенціал сушки характеризує здатність повітря поглинати вологу і визначається різницею між температурою повітря і температурою мокрого термометра:

Ε=t_c-t_м

де t_с - температура повітря за сухим термометром;

.t_м - температура мокрого термометра.

Чим більша різниця між температурами сухого і мокрого термометрів, тим більше потенціал сушки, вище сушильна здатність повітря і менша його відносна вологість. При t_c =t_м = 0 і φ = 100%.

Для визначення потенціалу сушки використовують прилад, який називається психрометром (рис.1). Психрометр складається з двох термометрів: звичайного сухого і змоченого. Кулька змоченого термометра обгорнута вологою тканиною (батист), змочений водою. З поверхні тканини за рахунок теплоти кульки випаровується вода, тому покази змоченого термометра нижчі, ніж сухого.

Таким чином, цей термометр показує температуру води, що випаровується, тобто температуру мокрого термометра. Чим більша різниця між показами сухого і змоченого термометра (психометрична різниця), тим інтенсивніше відбувається випаровування, значить, повітря більш сухе.

Температура змоченого термометра в психрометрі дещо вища істинної температури мокрого термометра, оскільки процес випаровування з тканини відбувається не в адіабатних умовах. Це пояснюється тим, що кульці змоченого термометра передається деяка кількість теплоти від повітря через виступаючий стовпчик ртуті і т.п.