23209 (1)

Процесс сушки может быть изображен в виде кривой зависимости от-

носительного влагосодержания материала (отношение массы влаги к массе сухого материала) от продолжительности сушки (рисунок 1). Продолжитель-

ность процесса сушки материала от заданной влажности до конечной опре-

деляет производительность сушильной установки.

Общее время процесса сушки условно делится на четыре периода:

-период разогрева материала (τ1); -период постоянной скорости сушки(τ2);

-период равномерного спада скорости сушки(τ3); -период неравномерного спада скорости сушки(τ4).

В силу малости периода разогрева материала τ1 определение времени сушки сводится к нахождению времени постоянной скорости сушки τ2 и об-

щего периода спада скорости сушки τ3+τ4.

Рисунок 1. Зависимость относительного влагосодержания материала от вре-

мени сушки

Из диаграммы видно, что кривая сушки имеет несколько отрезков. Отре-

зок «ОА» соответствует периоду прогрева материала, является кратковре-

менным и характеризуется неустановившимся состоянием процесса. Ско-

рость сушки возрастает и к концу периода прогрева достигает максимальной величины. Отрезок «АВ» представляет собой прямую линию, которая соот-

ветствует периоду постоянной скорости сушки (период внешней диффузии).

В этот начальный период сушки внутренняя диффузия настолько интенсив-

на, что обеспечивает поступление к поверхности более чем достаточного ко-

личества влаги. Поэтому при неизменном состоянии окружающего воздуха и постоянной температуре сушки количество ларов, удаляемых с постоянной поверхности испарения, в этом случае будет одним и тем же. Точка «В» - на-

чальная точка периода падающей скорости сушки, иначе говоря, критическая точка процесса сушки. В этот период скорость сушки полностью зависит от скорости диффузии влаги изнутри. Вначале скорость внутренней диффузии падает более или менее равномерно, поэтому и скорость сушки в данный от-

резок времени снижается равномерно (равномерно падающая скорость суш-

ки). Поэтому кривая отрезка «ВD» вначале имеет вид прямой линии(отрезок

«ВС») и только потом переходит в кривую (отрезок «СD»), характеризую-

щую неравномерно падающую скорость сушки, которая, как отмечалось,

выше, соответствует процессу углубления поверхности испарения, когда вла-

га начинает испаряться уже в капиллярах.

Равновесное влагосодержание (окончание процесса сушки) на рисунке 1 кри-

вой обозначен точкой «D». В качестве показателя интенсивности процесса сушки принят «скорость сушки С», кг/(м2∙с), который показывает массу уда-

ляемой влаги с единицы поверхности высушиваемого материала в единицу времени (рисунок 2). При этом скорость сушки существенно зависит не толь-

ко от внутренней структуры материала, его теплофизических свойств, разме-

ров, формы и состояния внешней поверхности, но и от параметров сушиль-

ного агента(его температуры, относительной влажности, скорости движения относительно материала).

Рисунок 2. Зависимость скорости сушки от продолжительности процесса

Влажность материала w, соответствующая точке перехода от прямой линии АВ к кривой ВD на границе между периодом постоянной скорости и периодов падающей скорости сушки называется критической wкр. Чаще при-

нимают за «скорость сушки» изменение влажности материала в единицу времени - dw/dτ, кг/с (рисунок 3). Скорость сушки определяется из кривой сушки путем ее графического дифференцирования, для чего к произвольной точке кривой, характеризующей влажности материала в данный момент вре-

мени, необходимо провести касательную прямую до пересечения с осью времени τ. Тангенс угла наклона касательной к оси времени определяет ско-

рость сушки в данный момент времени. Исходя из правил тригонометрии и согласно рисунку 3: tgα = H/L.

Рисунок 3. Определение скорости сушки в определенный момент времени

Определяя тангенсы углов наклона касательных к оси времени α для всех точек графика скорости сушки можно построить график скорости сушки

(рисунок 4) в координатах «w – dw/dτ» (зависимость скорости убыли влаги из материала в зависимости от его влажности).

Согласно рисункам 3 и 4 линии скорости сушки оканчиваются в точке,

соответствующей равновесной влажности материала, для которой dw/dτ=0 (точка D). При этом влажность материала достигает предельного равновесно-

го значения wр.

Рисунок 4. Определение коэффициента сушки во втором периоде

Используя график скорости сушки в координатах «w – dw/dτ» можно графически определить коэффициент сушки К (зависит от режима сушки и свойств материала), необходимый для определения общей продолжительно-

сти третьего и четвертого периодов сушки. Коэффициент К определяется как тангенс угла наклона «упрощенной» линии сушки CD (пунктирная линия) к

оси влажности материала (К= tgβ).

3.ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Вданной работе в качестве опытной сушильной установки использован сушильный электрический шкаф СЭШ-3М. Установка представляет собой цилиндрическую теплоизолированную камеру, оснащенную загрузочной дверцей и вращающимся поддоном. Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 5.

Нижняя часть экспериментальной установки оснащена калорифером,

состоящего из двух электрических нагревателей. Рабочая температура в су-

шильной камере поддерживается электрическим нагревателем мощностью

575 Вт. Для быстрого достижения номинальной температуры в сушильной камере дополнительно включают электронагреватель мощностью 522 Вт.

Основной нагреватель включен в цепь терморегулятора.

Выключатели электронагревателей расположены на лицевой панели сушильной установки. Температура воздуха, влагосодержание воздуха внут-

ри сушильной камеры измеряются двумя спиртовыми термометрами: «мок-

рым» и «сухим». Подобным спиртовым термометром осуществляется изме-

рение температуры извлекаемого из сушильной камеры высушенного мате-

риала, температуры внешних стенок сушильной камеры и температура отра-

ботанного сушильного агента.

Рисунок 5. Схема экспериментальной установки

1-опора; 2-«сухой» термометр; 3-«мокрый» термометр; 4- ваттметр; 5 и

6- термометры для замера температуры наружных стенок сушильной камеры;

7-окно загрузочное; 8 –основной электронагреватель; 9-дополнительный электронагреватель; 10-элетродвигатель с вентилятором; 11-реле автомати-

ческого управления; 12-выключатель основного электронагревателя; 13-

выключатель дополнительного электронагревателя; 14-поддон вращающий-

ся; 15-внешняя обшивка сушильной камеры; 16-теплоизолятор; 17-

внутренняя обшивка сушильной камеры; 18-воздуховоды; 19-термометр для определения температуры отработавшего сушильного агента; 20-контактный термометр

4.ПОДГОТОВКА УСТАНОВКИ К РАБОТЕ

4.1Ознакомиться с конструкцией лабораторной установки.

4.2Заблаговременно подготовить влажный материал.

4.3Убедится в исправности установки и наличии измерительных приборов.

4.4 Подготовить установку к пуску, подключить электропитание установки (

220 В).

4.5Смочить ткань «мокрого» термометра водой.

4.6Проверить тарировку электронных весов с помощью эталонного груза.

4.7Включить электронный измеритель влажности и обнулить его показания.

4.8Приготовить электронный хронометр.

5.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

5.1Перед началом опыта следует заполнить бюксы влажным материалом.

5.2Измерить массу каждого бюкса с материалом на электронных весах

«ANDSK-10K» с точностью до 0,01 грамма.

5.3 Определить начальные параметры окружающего воздуха с помощью электронного измерителя влажности «CENTER 310». По показаниям измерителя влажности с помощью Н-d диаграммы влажного воздуха определить влагосодержание окружающего воздуха.

5.4В течение 10...15 минут прогреть сушильную камеру.

5.5Установить бюксы на вращающийся поддон в сушильной камере.

5.6Установить выключатели основного и дополнительного электронагревателя в положение «Включено».

5.6 Засечь время начала нагрева материала в сушильной камере до наступления «стационарного» режима сушки («стационарный режим сушки» характеризуется постоянством относительной влажности в сушильной камере). Момент установления «стационарного» режима определяют по показаниям «сухого» и мокрого термометров.

5.7 С момента загрузки материала в сушильную камеру каждые 5...7 минут необходимо взвешивать бюксы с материалом (во время взвешивания материала сушильная камера должна быть включена). Результаты занести в журнал наблюдений (таблица 1).

5.8После установления стационарного режима необходимо начать отсчет времени и повторить пункт 5.7. до прекращения изменения массы бюксов с материалом. Результаты занести в журнал наблюдений.

5.9Выключить установку.

5.10Извлечь бюксы с высушенным материалом.

5.11Отключить установку от электрической сети.

6 ЗАДАНИЕ ПО РАБОТЕ

6.1Определить по полученным экспериментальным данным влагосодержание сушильного агента и внести их в журнал наблюдений.

6.2Построить график изменения относительного влагосодержания материала

от продолжительности опыта.

6.3 Определить на кривой критическую влажность и сопоставить ее с расчетной.

6.4 Путем обработки кривойрассчитать скорость сушки в первом периоде и коэффициент сушки.

6.5 Построить в координатах «m – τ» изменение влагосодержания сушильного агента от времени сушки d=f(τ) скорости сушки С= f(τ).

7. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

Таблица Журнал наблюдений

Рассчитать для каждого фиксированного момента времени влажность

материала по выражению:

(2)

где m(τ) – вес бюкса с материалом в момент времени τ, кг;

mк-вес бюкса с полностью высушенным материалом (определяется до замачивания материала), кг;

mб – вес бюкса, кг.

По полученным экспериментальным данным строиться кривая сушки, на которой необходимо определить первый и второй

периоды сушки, а также найти значение критической влажности wкр.

Рассчитывается скорость сушки в первом периоде:

(3)

Для пяти фиксированных значений времени во втором периоде сушки графическим дифференцированием находят значения скорости сушки

(рисунок 3).

По полученным данным строят график зависимости скорости сушки от влажности материала. Принимая для условий эксперимента равновесную влажность материала равной нулю проводят прямую скорости сушки для второго периода и определяют коэффициент сушки по зависимости:

(4)

При известном коэффициенте сушки продолжительность второго периода сушки можно рассчитать по уравнению:

(5)

Общее время сушки, необходимое для осуществления процесса сушки с начальной влажности до требуемой конечной определиться выражением

8. СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет выполняется в тетради. Он должен содержать в себе: тему и цель работы, принципиальную схему установки, ведомость испытаний,

построенные в масштабе графики определяемых зависимостей.

Оформленный отчет предоставляется преподавателю.

9 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1.Укажите разновидности существующих сушильных аппаратов.

2.Перечислите известные способы обезвоживания материалов.

3.Дайте определение понятию «теоретическая сушилка».

4.Объясните устройство и принцип действия лабораторной установки.

5.Перечислите возможные пути увеличения скорости сушки материала.

6.Объясните, чем характеризуются существующие периоды сушки материала.

7.Каким образом определяетсяпервый и второй периоды сушки, а также

критическая влажность wкр на кривой сушки ?

8. Объясните понятие «диффузионный поток» в отношении влаги высушиваемого материала

Лабораторная работа №13 «Исследование процесса абсорбционной осушки атмосферного воздуха»

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить физический смысл и методику определения эффективности работы осушителя воздуха при изотермическом способе сорбирования влаги воздуха твердыми сорбентами на различных режимах работы установки.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Абсорбцией называют процесс газов и паров различными поглотителя-

ми (абсорбентами). В качестве жидких поглотителей влаги могут быть ис-

пользованы растворы хлористого калия (СаCl2), хлористого лития (LiCl2),

бромистого лития и др. Абсорбция является частным случаемсорбции.

Адсорбция – это процесс поглощения одного или нескольких компо-

нентов из газовой смеси или раствора твердым веществом – адсорбентом. К

числу наиболее широко применяемых твердых сорбентов относятся: силика-

гель (SiO2), окись алюминия (Al2O3), активированный уголь, цеолиты и дру-

гие вещества.

В технике и химической технологии чаще всего встречается абсорбция

(поглощение, растворение) газов жидкостями. Но известны и процессы аб-

сорбции газов и жидкостей кристаллическими и аморфными телами (напри-

мер, абсорбция водорода металлами, абсорбция низкомолекулярных жидко-

стей и газов цеолитами, абсорбция нефтепродуктов резинотехническими из-

делиями и т.п.).

Часто в процессе абсорбции происходит не только увеличение массы абсорбирующего материала, но и существенное увеличение его объема (на-

бухание), а также изменение его физических характеристик - вплоть до агре-

гатного состояния.

На практике абсорбция чаще всего применяется для разделения сме-

сей, состоящих из веществ, имеющих различную способность к поглощению подходящими абсорбентами. При этом целевыми продуктами могут быть как абсорбировавшиеся, так и не абсорбировавшиеся компоненты смесей.

Обычно в случае физической абсорбции абсорбировавшиеся вещества могут быть вновь извлечены из абсорбента посредством его нагревания, раз-

бавления неабсорбирующей жидкостью или иными подходящими способами.

Регенерация химически абсорбированных веществ также иногда воз-

можна. Она может быть основана на химическом или термическом разложе-

нии продуктов химической абсорбции с высвобождением всех или некото-

рых из абсорбированных веществ. Но во многих случаях регенерация хими-

чески абсорбированных веществ и химических абсорбентов бывает невоз-

можной или технологически/экономически нецелесообразной.

Явления абсорбции широко распространены не только в промышлен-

ности, но и в природе (пример - набухание семян), а также в быту. При этом они могут приносить как пользу, так и вред (например, физическая абсорб-

ция атмосферной влаги приводит к набуханию и последующему расслоению деревянных изделий, химическая абсорбция кислорода резиной - к потере ею эластичности и растрескиванию).

Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию.