
- •Основні параметри вологого повітря як сушильного агента
- •Зображення процесів нагрівання і охолодження повітря на I-X діаграмі
- •Рівновага при сушінні
- •5. Матеріальний і тепловий баланси сушіння
- •6. Графічний метод визначення витрат тепла і повітря на сушіння матеріалу
- •7. Швидкість процесу сушіння
- •7.1 Механізм процесу сушіння
- •7.2 Експериментальний метод визначення швидкості сушіння
- •7.3 Тривалість сушіння
- •7.4 Визначення розмірів сушильного апарату
Рівновага при сушінні
Розглянемо процеси масообміну на межі фаз вологий матеріал-повітря (газ).
Хай Р- парціальний тиск водяної пари в повітрі;
Р
- тиск насиченої водяної пари в межовому
шарі на поверхні матеріалу .
В
залежності від співвідношення Рі
Р
в системі можуть відбуватися різні
процеси:
- якщо
Р
> Р
,
проходить випарювання вологи (сушка);
- якщо
Р
< Р
,
проходить
конденсація пари (зволоження матеріалу);
- якщо
Р
= Р
,
настає рівновага в системі.
Відомо, що Р=f
(t,
),
а Р
=f
(t,
,
форма зв’язку вологи з матеріалом)
По класифікації Ребіндера існує три форми зв'язку вологи з матеріалом і відповідно три види вологи:
1. Механічний зв’язок, при якому волога зв’язана з матеріалом силами поверхневого натягу.
Це вільна волога, що знаходиться на поверхні матеріалу і в крупних порах. Вона легко вилучається із матеріалу механічними методами ( відстоюван-ня, центрифугування, фільтрування).
2. Фізико-хімичний зв'язок, при якому волога пов’язана з матеріалом електростатичними і індукційними силами ( адсорбційний зв’язок) або осмотичними силами в середені клітинної структури матеріалу. Ця волога назива-ється зв'язаною. Вона не може бути видалена механічними способами,а пот-ребує випарювання при підвищеній температурі.
3 Хімічний зв’язок, при якому волога міцно пов’язана з матеріалом у вигляді гідроксильних іонів або молекулярних з’єднань типу кристалогідратів. Хімічно пов’язана волога не видаляється навіть при сушінні.
При досягненні рівноважистого стану в системі
форма
зв’язку
вологи з матеріалом.
Для
даного матеріалу при
рівняння рівноваги набуває вид:
або
Конкретний вид ізотерми сушіння визначається експериментальним шля-хом.
точка
називається гігроскопічною точкою.
В точці
,
де відносна вологість повітря
більша за рівноважну
,
відбувається процес конденсації подяної
пари, тобто зволоження матеріалу. Процес
продовжується, доки вологовміст матеріалу
не досягне значення
.
В точці
,
де відносна вологість повітря
менша за рівноважну
,
відбувається випарювання вологи (сушіння
матеріалу).
Процес продовжується,
доки вологовміст матеріалу не зменшиться
до значення
.
5. Матеріальний і тепловий баланси сушіння
Розглянемо основну схему процесу конвективного сушіння
Воздух
подогревается в калорифере до необходимой
температуры
при неизменном влагосодержании
і надходить в сушилку. В результаті
тепло- і масообміну в сушилці температура
повітря знижується до
,
а його волого-вміст підвищується від
до
.
Температура матеріалу підвищується до
,
а його вологовміст зменшується до
.
Для одержання теплоносія (гарячих газів) замість калорифера може вико-ристовуватись
Формулювання задачі.
Дано:
параметри потоку матеріалу: початкові
кінцеві
параметри
потоку повітря: початкові
після
калорифера
після
сушилки
(або
)
Необхідно
визначити:
- кількість висушеного матеріалу
-
витрату сухого повітря
-
витрату тепла в калорифері
Рівняння матеріального балансу сушилки
В цьому рівнянні
є три невідомі величини:
Визначимо
із рівняння балансу сухого матеріалу
і
або
Витрата повітря
може бути визначена із розгляду теплового
балансу сушилки.
Рівняння теплового балансу сушилки
,
де
питома
теплоємкість висушеного матеріалу,
;
питома
теплоємкість вологи (води),
;
ентальпія повітря
після калорифера і після сушилки
відповідно,
;
втрати
тепла в атмосферу через стінки сушилки
.
Після деяких перестановок складових рівняння теплового балансу прий-має вигляд:
В рівняннях (1) і
(3) маємо три невідомих:
.
Для вирішення задачі необхідне третє рівняння, в якості якого викорис-таємо вираження для ентальпії повітря після сушилки:
Алгоритм вирішення системи рівнянь (1), (3), (4) може бути різним, нап-риклад:
1) Визначаємо із
(1)
і підставляємо його в (4);
2) Одержане вираження
підставляємо в (3);
3) Визначаємо
із (3) з урахуванням
із (4).
Витрату тепла в калорифері на нагрівання повітря визначаємо із розгляду теплового балансу калорифера.
Рівняння теплового балансу калорифера
,
звідки
Ентальпія повітря
до калорифера
а після калорифера
,
де
питома
теплоємкість сухого повітря,
;
питома
теплоємкість пари водяної,
;
питома
теплота випарювання води при 00С,
.
Витрата грійочої пари в калорифері
,
де
питома
теплота конденсації водяної пари при
температурі пари,
.
Розглянутий метод визначення витрат сухого повітря і тепла на сушіння матеріалу шляхом вирішення системи рівнянь матеріального і теплового балан-сів сушилки називається аналітичним.
Ця задача може
бути вирішена також графічним методом
за допомогою
діаграми.