Изучение кинетики сушки (Электронные лекции), страница 2

Рис. 4. Схема экспериментальной установки

Коэффициент массопередачи k (коэффициент скорости) для периода падающей скорости определяют, учитывая, что при с = с_кр

N₁=N₂= k(c’_kp - С_р), (11)

где N₁ и N₂ - скорости сушки соответственно в период постоян­ной и падающей скорости. Отсюда

(12)

Если найдены кинетические характеристики процесса - ко­эффициенты скорости в обоих периодах и движущая сила про­цесса, то по формулам (7) и (10) можно рассчитать общую продолжительность сушки τ₁÷τ₂. Определение продолжи­тельности сушки входит в задачу расчета сушилок.

3. цель ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Целью лабораторной работы является изучение протекания процесса сушки твердого материала во времени, определение кинетических характеристик процесса.

4.ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Схема экспериментальной установки представлена на рис. 4.

Сушильным агентом лабораторной установки является воз­дух, который забирается из атмосферы вентилятором 2. Расход воздуха можно изменять с помощью заслонки на воздухозаборном патрубке. Для измерения относительной влажности атмо­сферного воздуха используют психрометр. Для увеличения скорости сушки воздух подогревается в электрическом калори­фере 3, после чего поступает в сушильный шкаф, куда поме­щают высушиваемый образец 5 - прямоугольная рамка с влаж­ной тканью (бельтингом). Рамка закреплена на автоматических весах 6, по показанию которых можно установить изменение массы образца во времени вследствие удаления из него влаги при сушке. Для измерения температуры сухого и мокрого тер­мометров на входе и выходе сушилки предусмотрены датчики 9, 10 (термометры сопротивления и термопары), сигналы с ко­торых регистрируются вторичными приборами 11. Для измере­ния расхода и скорости воздуха в сушилке на воздухопроводе установлена диафрагма 7, соединенная с дифманометром 8.

5.ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Установку готовит к испытанию дежурный лаборант.

2. Установка готова к испытанию, когда наступает стационар­ный режим, т.е. достигается определенная температура и влаж­ность воздуха до сушильного шкафа.

3. В сушильный шкаф подвешивают испытуемый образец ма­териала (ткань бельтинг). Момент помещения материала в су­шильный шкаф является началом процесса сушки.

4. В протоколе записывают время (от начала испытания) и массу образца через 1-3 мин (по указанию преподавателя).

5. Одновременно с регистрацией массы образца в течение все­го испытания измеряют температуры сухого и мокрого термо­метров на входе и выходе сушилки. Во время испытания изме­ряют параметры атмосферного воздуха. Испытание продолжается до тех пор, пока практически не прекратится убыль массы образца.

Расход воздуха при сушке задает преподаватель.

6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. По данным опытов для каждого замера рассчитывают влажность ткани c₀и влагосодержание c в массовых долях

где G_c - масса абсолютно сухого материала, г;

G - масса влажного материала, г;

w - масса влаги в материале, г.

2. После заполнения таблицы на миллиметровой бумаге строят кривую сушки с = f(τ).

3. Скорость сушки определяют по кривой сушки путем графического дифференцирования. Для этого к произвольной точке кривой, характеризующей влагосодержание материала в данный момент времени, необходимо провести касательную до пересечения с осью абсцисс. Тангенс угла наклона касательной к оси абсцисс определяет скорость сушки в данный момент времени. Так, например, для точки с (см. рис. 1) скорость сушки будет прямо пропорциональна тангенсу угла наклона ка­сательной к кривой с = f(τ), т.е.

Коэффициент пропорциональности А учитывает переход от размерности с, выраженной в долях от массы абсолютно сухо­го материала, к размерности скорости сушки dw/Fdτ, выра­женной в кг вл/(м²·ч).

где F - площадь поверхности высушиваемого материала, м . Тогда скорость сушки

По формуле (13) вычисляют значения скорости сушки для ряда точек кривой сушки и откладывают их на графике в коор­динатах dW/Fdx=f₃(τ) (см. рис. 4.1). Текущей точке С на кривой сушки c=f₃(τ) соответствует точка С' на кривой ско­рости сушки dW/Fdτ=f₃(τ) .Затем строят график зависимости dW/Fdτ от с (см. рис. 3).

4. Определив по графику скорость сушки для периода по­стоянной скорости, рассчитывают коэффициент массоотдачи по уравнению (7), при этом среднюю движущую силу находят по уравнению (4.3), используя диаграмму состояния влажного воз­духа Н-Х (см. рис. 2). На рис. 2 показано, что для определе­ния Δр_cp необходимо построить точки A₀, A_н, A_к. Положение на диаграмме точки А₀, характеризующей состояние атмо­сферного воздуха, находят по температурам сухого и мокрого термометров лабораторного психрометра. Точка А₀ лежит на пересечении изотеры сухого и мокрого термометров. Возможно также построение точки А₀ по температуре атмо­сферного воздуха и его относительной влажности φ₀ (см. рис. 2), которые находят по психрометрическим таблицам (имеют­ся на корпусе психрометра). Точка А₀ определяется влагосодержанием x_н воздуха на входе в сушилку (т.е. после калорифе­ра). По x_н и температуре t_сн воздуха после калорифера легко найти положение на диаграмме точки А_н, характеризующей со­стояние воздуха на входе в сушилку. По средним температурам сухого и мокрого термометров t_ск и t^к_мт после сушилки аналогично точке А₀ строят точку А_к, характеризующую состоя­ние воздуха после сушилки.

5. По точкам А₀, А_н, А_к строят линии А₀А_н, А_нА_к, изобра­жающие изменение состояния воздуха в калорифере и сушилке.

6. По графику dW/Fdτ=f₄(c) определяют приведенное

критическое влагосодержание материала с’_кр и скорость сушки в период постоянной скорости N₁.

7. По изотерме сорбции с_p=f_s (φ₁t_м) находят с, прини­мая температуру материала t_м, равной температуре сушильного агента в конце процесса. Относительную влажность сушильно­го агента φ_к определяют по диаграмме Н-Х по конечным значе­ниям t_ск и t_мт.

8. По формуле (12) рассчитывают коэффициент скорости сушки в период падающей скорости.

7. содержание ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

1) цель работы, ее краткое содержание и схему установки.

2) сведения об определяемых величинах, подробный их расчет.

3) полностью заполненную таблицу, построенные на миллиметровой бумаге графики с= f₁(τ), dW/Fdτ= f₃(τ)

и dW/Fdτ= f₄(с) с обязательным нанесением на них экспериментальных точек.

4) схему определения Δp_ср, по диаграмме Н-Х с указанием числовых параметров воздуха в точках А₀, А_н, А_к.

5) изображение на диаграммах Н-Х процессов, проходящих в сушильной установке.

Таблица

Исследование кинетики сушки

Материал образца: бельтинг

Поверхность: 400х150х4 мм

Скорость воздуха: 1.6 м/с.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1) Какова цель данной работы?

2) К какому классу относится изучаемый в ней процесс?

3) Какова физическая сущность данного процесса?

4) Что понимают под кинетикой процесса сушки?

5) Что является движущей силой процесса сушки?

6) Из чего складывается диффузионное сопротивление в процессе сушки?

7) Как формулируется основной кинетический закон для данного процесса (в периоды постоянной и падающей скоро­сти)?

8) Какой физический смысл основных величин (коэффици­ентов скорости и движущей силы), полученных в работе?

9) Как построена диаграмма Н-Х и для чего ее используют в работе?

10) Какой физический смысл полученных в работе графи­ков: кривой сушки, кривой скорости сушки, прямых, соеди­няющих точки A₀, A_н, А_к на диаграмме Н-Х?

11) Где используют процесс сушки в химической промыш­ленности?

12) Как устроена установка, применяемая в данной работе?

13) Какую типовую аппаратуру используют для проведения процесса сушки?

14) В чем состоят преимущества и недостатки сушилки оп­ределенной конструкции (по выбору преподавателя)?