15.Описать стадии массообмена при сушке с помощью графика время-скорость сушки.
16.Изобразить кривые сушки и скорости сушки. Указать периоды сушки. Для чего строятся эти кривые?
На кривой кинетики сушки можно выделить три участка: период подогрева (AB); период постоянной скорости сушки (ВС) — первый период; период падающей скорости (CD) – второй период.
В период подогрева подводимая к телу теплота расходуется на прогрев материала от начальной температуры θ0 до температуры мокрого термометра tм и на испарение части влаги. Период подогрева обычно незначителен по сравнению с другими. Скорость сушки обычно возрастает от нуля до некоторого значения N в первый период.
При периоде постоянной скорости сушки влажность материала интенсивно уменьшается по линейному закону. В этом периоде вся теплота затрачивается на интенсивное поверхностное испарение влаги, и температура материала остается постоянной., практически равной температуре испарения жидкости со свободной поверхности.
В период падающей скорости сушки уменьшение влагосодержания материала выражается некоторой кривой CD, которую можно разделить на два участка. В конце участка
влагосодержание асимптотически стремится к равновесному, достижение которого означает остановку дальнейшего испарения влаги. В этом периоде испарение влаги с поверхности материала замедляется, его температура начинает повышаться и может достигнуть
температуры газовой фазы tг.
По характеру кривых можно судить о форме связи влаги с материалом. Так, прямая линия 1 характерна для сушки тонких пористых материалов (бумага, тонкий картон). Линии типа 2 соответствуют сушке коллоидных тел, типа 3 — капиллярно-пористых материалов. Для этих линий характерно наличие только одной критической точки (wкр0). Для материалов более сложной структуры может появляться еще одна критическая тока, показывающая изменения механизма перемещения влаги в материале. Часто она соответствует началу удаления адсорбционно связанной влаги.
17.Назвать и сопоставить основные способы разделения суспензий. Указать их преимущественные области применения.
1.Осаждение — представляет собой процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием сил тяжести (отстаивание), центробежной силы (циклонный процесс и центрифугирование), сил инерции, электростатических сил (очистка газов в электрическом поле).
Отстаивание применяют в промышленности для сгущения суспензий или их классификации по фракциям частиц твердой фазы, для грубой очистки газов от пылей и для разделения эмульсий. Ввиду малой движущей силы (сила тяжести) в процессе отстаивания возможно с достаточной эффективностью отделять только крупные частицы. Однако это наиболее простой и дешевый процесс среди гидродинамических, поэтому его часто используют для первичного разделения, что удешевляет последующее окончательное разделение гетерогенной смеси более сложными способами.
Проводя процесс разделения под действием центробежных сил, можно существенно интенсифицировать его по сравнению с отстаиванием благодаря увеличению движущей силы. Для создания поля центробежных сил обычно используют один из двух способов: либо обеспечивают вращательное движение потока в неподвижном аппарате, либо поток направляют по вращающийся аппарат. В первом случае процесс проводят в циклонах, во втором - в отстойных центрифугах. Циклонный процесс используют для разделения пылей, а также для отделения газа от капель жидкости.
Осаждение дисперсных твердых и жидких частиц в электрическом поле (электроосаждение) позволяет эффективно очистить газ от очень мелких частиц.
2.Фильтрование — это процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные частицы. Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений. В случаях, когда разность давлений создается центробежными силами, процесс называют центробежным фильтрованием. Фильтрование применяют в промышленности для тонкого разделения жидких или газовых гетерогенных систем. С его помощью можно добиться значительно более полной, чем в процессах осаждения, очистки жидкости или газа от взвешенных частиц и более высокого выхода продукта.
3.Мокрая очистка газов — процесс разделения, основанный на улавливании взвешенных в газе частиц жидкостью. Улавливание осуществляется, как правило, под действием сил инерции. Мокрую очистку применяют для очистки газов от пыли или тумана.
Выбор метода разделения зависит от концентрации дисперсных частиц, их размера, требований к качеству разделения, а также от разницы плотностей дисперсной и сплошной
фаз и вязкости последней.
18.Охарактеризовать основные способы очистки газов от пыли. Указать их преимущественные области применения.
1.Фильтрование — это процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные частицы. Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений. В случаях, когда разность давлений создается центробежными силами, процесс называют центробежным фильтрованием. Фильтрование применяют в промышленности для тонкого разделения жидких или газовых гетерогенных систем. С его помощью можно добиться значительно более полной, чем в процессах осаждения, очистки жидкости или газа от взвешенных частиц и более высокого выхода продукта.
2.Мокрая очистка газов — процесс разделения, основанный на улавливании взвешенных в газе частиц жидкостью. Улавливание осуществляется, как правило, под действием сил инерции. Мокрую очистку применяют для очистки газов от пыли или тумана.
19.Действительная и фиктивная (приведенная) скорости потока в зернистом слое. Каково соотношение между ними?
Действительная скорость потока — это скорость жидкости или газа в каналах слоя зернистого материала, которую сложно найти. Поэтому ее выражают через так называемую фиктивную скорость, под которой понимают скорость, отнесенную ко всей площади поперечного сечения аппарата. Ее определяют из уравнения расхода: w0 = Q/S. При
установившемся режиме Sw0 = Sεw, где Sε = V0/H = Shε/H – суммарная площадь сечения
каналов). Отсюда |
w |
0 , где ε – порозность материала. |
w= ε |
20.Охарактеризовать состояние зернистого слоя в зависимости от скорости восходящего потока газа или жидкости. Сопроводите ответ графическими отображениями зависимостей потери давления и высоты слоя от скорости потока. Как рассчитать потерю давления в псевдоожиженном слое?
Рассмотрим три основных состояния зернистого слоя в зависимости от скорости потока.
При скорости w0 потока ниже некоторого критического значения wпс слой зернистого материала
находится в неподвижном состоянии, его гидравлическое сопротивление
увеличивается, а порозность ε и
высота H практически неизменны (линия АВС). По достижении некоторой критической скорости wпс, соответствующей точке С, гидравлическое сопротивление зернистого слоя становится равным его весу, слой приобретает текучесть, частицы слоя интенсивно перемещаются в потоке в различных направлениях, в нем наблюдается проскакивание газовых пузырей, а на его свободной поверхности появляются волны и всплески; порозность и высота слоя увеличиваются. В этом состоянии слой напоминает кипящую жидкость, благодаря чему он был назван псевдоожиженным (или кипящим). Скорость wпс называют скоростью начала псевдоожижения. В этих условиях слой имеет еще довольно четкую верхнюю границу раздела с потоком, прошедшим слой. Линия ВС отражает влияние сил сцепления между частицами и стенками аппарата. При дальнейшем увеличении скорости потока до некоторого критического значения wу частицы перемещаются интенсивней, порозность и высота слоя продолжают возрастать при практически постоянном гидравлическом сопротивлении (линия CD). При скоростях выше новой критической скорости происходит разрушение псевдоожиженного слоя и вынос частиц потоком. Это явление массового уноса частиц называют гидроили пневмотранспортом и используют в технике для перемещения сыпучих материалов. Скорость wу, соответствующую началу массового уноса частиц, называют скоростью уноса, или скоростью свободного витания
частиц. При wу порозность настолько велика (ε ~= 1), что частицы движутся практически независимо друг от друга, свободно витают, не осаждаясь и не уносясь потоком. При снижении скорости потока после псевдоожижения слоя оказывается, что зависимость гидравлического сопротивления от скорости выражается линией СЕ, а не ВА. Это объясняется тем, что после псевдоожижения порозность слоя становится больше, чем до него, а значит, гидравлическое сопротивление неподвижного слоя должно быть меньше.
21. Расчет диаметра аппарата с псевдоожиженным слоем.
При псевдоожижении по мере увеличения скорости потока увеличиваются его высота H и порозность ε. Для расчета порозности можно использовать уравнение
ε =(18Re+0,36 |
Re2 |
)0,21 |
, которое применимо только к однородным псевдоожиженным |
|
|||||||||||||||||||
Ar |
|
||||||||||||||||||||||
слоям. Обозначим через V0, H0 и ε0 объем, высоту и порозность слоя в неподвижном |
|
|
|
||||||||||||||||||||
состоянии, а через V, H и ε — те же величины в псевдоожиженном состоянии. Поскольку |
|
||||||||||||||||||||||
объем твердого материала Vт постоянен, то V Т =V 0 (1−ε |
0)=V (1−ε ) . Тогда |
V |
|
= |
1−ε 0 |
|
. |
||||||||||||||||
V |
0 |
1−ε |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1−ε 0 |
|
|
|
|||||
В аппарате постоянного поперечного сечения |
V |
= |
H |
= |
. Определив значение ε из |
|
|||||||||||||||||
V 0 |
H |
0 |
1−ε |
|
|||||||||||||||||||
уравнения: ε =(18Re+0,36 |
|
)0,21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Re2 |
можно найти высоту псевдоожиженного слоя |
|
|
|
|||||||||||||||||||
Ar |
|
|
|
||||||||||||||||||||
H =H |
0 |
1−ε 0 |
, необходимую при расчете высоты аппаратов, в которых зернистый материал |
||||||||||||||||||||
1−ε |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
находится в псевдоожиженном состоянии.
22.Каковы пределы (по скорости потока) существования режима псевдоожижения в зернистом слое? Что такое число псевдоожижения?
Скорость wпс называют скоростью начала псевдоожижения. В этих условиях слой имеет еще довольно четкую верхнюю границу раздела с потоком, прошедшим слой. При дальнейшем увеличении скорости потока до некоторого критического значения wу частицы перемещаются интенсивней, порозность и высота слоя продолжают возрастать при практически постоянном
гидравлическом сопротивлении. При скоростях выше новой критической скорости происходит разрушение псевдоожиженного слоя и вынос частиц потоком.
Таким образом, рабочая скорость w0 потока в псевдоожиженном слое должна находиться в пределах wпс < w0 < wу. Отношение рабочей скорости к скорости начала псевдоожижения
называют числом псевдоожижения: K |
п |
= |
w0 |
, которое характеризует интенсивность |
|
||||
|
|
wпс |
||
перемешивания частиц. Для каждого конкретного процесса определяют оптимальное значение Кп, однако интенсивное перемешивание частиц обычно достигается уже при Кп=2.