Формы связи влаги с материалом

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6Следующая ⇒

а) Химически связанная влага – это вода, которая в результате реакции гидратации вошла в состав гидроокисей и кристаллогидратов. Эту связь можно нарушить только в результате химического воздействия. При сушке эта влага не удаляется.

б) Адсорбционно связанная влага. (Адсорбция – процесс поглощения газов или жидкостей твёрдым веществом). Этот вид связи влаги обусловлен адсорбцией воды на наружной поверхности материала и его пор. Связь имеет физико-химическую природу.

в) Капиллярно связанная влага – она заполняет макро и микро капилляры. Эта связь механическая и наиболее легко удаляется.

Влажному материалу присущи все эти формы связи. Вторая форма связи влаги характерна для коллоидных и полимерных материалов.

Равновесие между материалом и жидкостью, находящейся во влажном материале

При контакте материала с влажным воздухом (влажный воздух – это смесь сухого воздуха и водяного пара) возможны два процесса:

1) сушка – при Р_М> Р_П (Р_М – парциальное давление пара над поверхностью материала; Р_П – парциальное давление пара в воздухе);

2) увлажнение - при Р_М< Р_П. (Первый процесс называется десорбцией, второй – сорбцией влаги материалом).

В процессе сушки Р_М уменьшается и стремится к Р_П. Наступает состояние динамического равновесия, которому соответствует равновесная влажность W_р . Зависимость W_р от φ (относительной влажности воздуха , где ρ _П – масса водяного пара в 1 м³ воздуха при данных условиях; ρ _Н – масса пара в состоянии насыщения в 1 м³ при данных условиях.) представляется следующим образом (см. верхний рис.) . Причина гистерезиса - в сорбции воздуха стенками капилляров.

Физические свойства влажного воздуха

Абсолютная влажность – количество водяного пара в кг в 1м³ влажного воздуха. Можно считать, что влажный воздух подчиняется законам идеального газа.

Относительная влажность где ρ _П – масса водяного пара в 1м³ воздуха при данных условиях; ρ _Н – масса пара в состоянии насыщения в 1м³ при данных условиях.

Влагосодержание , ρ _С.В – плотность абсолютно сухого воздуха, ρ _П – плотность влажного воздуха.

Энтальпия , _. С_{С В} – средняя удельная теплоёмкость абсолютно сухого воздуха, i_П – энтальпия водяного пара.

Плотность влажного воздуха .

Основные свойства влажного воздуха определяются с помощью I-x диаграммы.

Материальный баланс сушки.

Обозначим:

G₁ – количество влажного материала, поступающего на сушку, кг/ч;

G₂ – количество высушенного материала;

W₁, W₂ – начальная и конечная влажность материала, %;

W – количество влаги, удаляемой из материала при сушке.

По всему материалу: ; по абсолютно сухому веществу в высушиваемом материале: ; отсюда .

Основное уравнение материального баланса конвективной сушки

Основная схема конвективной сушки

Рассмотрим основную схему конвективной сушки.

Пусть на сушку поступает воздух с влагосодержанием х₀, расход абсолютно сухого воздуха L. Из сушилки выходит такое же количество абсолютно сухого воздуха, а влагосодержание меняется до х₂. W – количество влаги, испарившееся в сушилке, кг/ч, L – кг/ч, х – кг/кг.

Материальный баланс по влаге: → .(*)

Удельный расход воздуха на испарение из материала 1кг влаги: (**), х₁ – влагосодержание воздуха, нагретого в калорифере и поступающего в сушилку. Пройдя калорифер воздух не отдаёт влаги, т.е. х₀= х₁, тогда уравнение (*) и (**) материального баланса может быть записано ; .

Тепловой баланс процесса конвективной сушки.

В сушилку поступает G₁ кг/ч исходного материала при θ ₁˚ С. Испаряется в сушилке W кг/ч влаги. G₂ (кг/ч) – количество высушенного материала, удаляемого из сушилки при

, С_м- теплоемкость высушенного материала, Св – теплоёмкость влаги. В сушилку подаётся сушильный агент, который содержит L кг/ч абсолютно сухого воздуха. Перед калорифером энтальпия воздуха I₀ (Дж/кг), после калорифера (после нагрева) – I₁. На выходе из сушилки отработанный воздух имеет энтальпию I₂.

Следует учесть транспортные средства в сушилке: G_т – масса этих устройств, кг; С_т – удельная теплоёмкость транспортных средств;

t_тн – температура на входе в сушилку; t_тк – температура транспортных средств на выходе из сушилки.

Приход тепла.

С наружным воздухом – LI₀.

С влажным материалом:

а) с высушенным материалом - ;

б) с влагой, испарённой из материала –W c_B

С транспортными устройствами - .

В калорифере К₁ - и К₂ - .

Расход тепла.

С отработанным воздухом - LI₂.

С высушенным материалом - .

С транспортом - .

Потери в окружающую среду – Q_п.

Таким образом тепловой баланс:

Отсюда общий расход тепла:

Поделив на W, получим удельный расход тепла на 1кг испарённой влаги:

( ); где

q_м – удельный расход тепла на нагрев высушенного материала;

q_т – удельный расход тепла на нагревание транспортных средств.

С другой стороны - расход тепла во внешнем калорифере. . Подставим в ( ), перегруппируем и получим:

Обозначим =Δ, тогда , или (1).

Δ – это разность между приходом и расходом тепла в камере сушилки, без учёта тепла приносимом воздухом из основного калорифера.

Δ – внутренний баланс сушильной камеры.

На прошлой лекции в (1), получим .

Для анализа и расчёта сушки вводится понятие теоретической сушки, т.е. где Δ = 0, т.е. .

И для теоретической сушилки (следует из (1)). Это означает, что испарение влаги в теоретической сушке происходит только за счет охлаждения воздуха. В действительных сушилках Δ > < 0, а в частном случае Δ = 0.

Определение расходов воздуха и тепла на сушку определяется графически с помощью I-х диаграммы и аналитически (применяется в отдельных случаях). Графический способ наиболее распространён.

Кинетика сушки

Кинетика сушки характеризуется изменением во времени средней влажности материала. Состоит из периодов: АВ – период нагрева материала; ВС – период постоянной скорости сушки. Влажность интенсивно уменьшается. - первая критическая влажность. СД – период падающей скорости сушки. Точка перегиба Д соответствует второй критической влажности . В конце второго периода влажность материала асимптотически приближается к равновесной.

Скорость сушки

Скорость сушки определяется с помощью кривой сушки путём графического дифференцирования.

В конкретном случае вид может отличаться от приведённого (зависит от формы и структуры материала, формы связи влаги). Соответственно меняется зависимость v=f(W_C) (см. рис). СВ – период постоянной скорости; СЕ – II период (падающая скорость); т.С – первая критическая влажность, т.Д – вторая критическая влажность.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒