Основные характеристики влажного воздуха. Диаграмма Рамзина

Процесс сушки

Задание (выполнить к следующей сессии):

Задача № 1

Во сколько раз больше придется удалить влаги из одного килограмма влажного материала при высушивании его от А до В%, чем при высушивании от С до Д % влажности ( считая на общую массу). В обоих случаях поступает на сушку 1кг влажного материала.

№ варианта	А	В	С	Д
1	50	25	2	1
2	45	20	3	1
3	54	28	4	2
4	47	17	3	2
5	53	30	6	3
6	50	20	5	2
7	50	20	5	2

Задача № 2

По диаграмме Рамзина найти влагосодержание, энтальпию, температуру мокрого термометра и точку росы для воздуха . покидающего сушилку при температуре А °С и влажности В %.

№ варианта	А	В
1	50	70
2	60	30
3	55	50
4	50	50
5	70	30
6	60	50
7	40	70

Задача № 3

Найти температуру материала, выходящего из сушилки, если его влажность выше критической и воздух на выходе из сушилки имеет температуру t₂ =А° С, и влагосодержание х=В кг/кг.

№ варианта	А	В
1	100	0,02
2	90	0,015
3	100	0,015
4	110	0,02
5	100	0,025
6	90	0,03
7	90	0,01

Процесс сушки - удаление влаги из твердых влажных, пастообразных или жидких материалов (суспензий) путем ее испарения и отвода образовавшихся паров.

Сушка применяется в химической промышленности и во всех отраслях пищевой промышленности (в свеклосахарном, спиртовом, пивоваренном и других производствах). Сушке подвергаются зерно, хлеб, макаронные изделия, мармелад, пастила, молоко, яйца, фрукты, овощи и др. Это тепловой и диффузионный процесс, при котором влага удаляется из продукта за счет тепловой энергии, подводимой к нему.

По физической сущности сушка является процессом совместного тепломассопереноса и сводится к перераспределению и перемещению влаги под воздействием теплоты из глубины высушиваемого материала к его поверхности и последующему ее испарению. В процессе сушки влажное тело стремится к состоянию равновесия с окружающей парогазовой средой, поэтому его температура и влагосодержание является функцией времени.

Под влагосодержанием тела понимают отношение массы влаги, содержащейся в теле, к массе абсолютно сухого тела. А под влажностью понимают отношение массы влаги, содержащейся в теле, к массе влажного тела.

Различают следующие формы связи влаги с материалом:

химически связанную влагу (не удаляется из влажных тел при нагревании до 100…120°С);

физико-химически связанную влагу (удерживается на внутренней поверхности пор материала адсорбционными силами)

физико-механически связанную влагу (находится в крупных капиллярах, на наружной поверхности продукта и удерживается капиллярным давлением

Под интенсивностью сушки понимают ее скорость, которая по мере приближеняя к состоянию равновесия уменьшается. Скорость процесса является функцией ряда факторов, и в первую очередь внутренней структуры материала и ето теплофизичесних свойств, размеров, формы и состояния внешней поверхности.

В начале сушки материал прогревается и скорость удаления влаги возрастает от нуля до некоторой постоянной величины. В период постоянной скорости сушки удаляется влага, механически связанная с материалом (поверхностная и капиллярная). Процесс продолжается до точки K₁.

В период падающей скорости сушки скорость удаления влаги из материала уменьшается. В этот период удаляется влага, более тесно связанная с материалом.

Способы сушки

По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу различают сушку: конвективную (воздушную), кондуктивную (контактную), терморадиационную (инфракрасную), микроволновую, сублимационную, акустическую и др.

Конвективный (воздушный) способ сушки основан на передаче тепла высушиваемому продукту за счет энергии нагретого сушильного агента - воздуха или парогазовой смеси. При этом способе сушки за счет сообщаемой продукту тепловой энергии идет испарение находящейся в продукте влаги, а пары влаги уносятся сушильным агентом.

Конвективная сушка

Различают конвективную сушку материалов в слое, при которой применяются сушилки с омыванием материала в слое или изделия агентом сушки (туннельные, камерные, петлевые, валковые, турбинные, ленточные, шахтные сушилки), а также конвективную сушку с сопловым обдувом плоских материалов. Кроме этого, различают конвективную сушку материалов или изделий во взвешенном и полувзвешенном состоянии в барабанных установках, в установках с кипящим слоем, в пневматических трубах-сушилках, в вихревом потоке, а также с помощью сушки распылением.

Установки имеют высокие удельные энергозатраты (от 1,6 до 2,5 кВт-ч/кг). Эта сушка сопровождается потерями тепла на нагрев конструкций и окружающей среды; существенно снижается качество конечного продукта: изменяется цвет, вкус и естественный аромат продукта, снижается его восстанавливаемость при замачивании. Высокая температура и высокая продолжительность сушки способствуют развитию окислительных процессов и приводят к потерям в продукте витаминов и биологически активных веществ.

Кондуктивный (контактную)способ сушки пищевых продуктов основан на передаче тепла высушиваемому продукту путем непосредственного контакта с нагреваемой поверхностью сушильного оборудования.

Для сушки продуктов питания этот способ используется нечасто. Высокого качества конечного продукта достичь не удается вследствие неравномерности его влажности и потери питательных веществ из-за перегрева.

Большее применение этот способ находит при сушке пиломатериалов, а также сырья и продукции в текстильной промышленности.

Терморадиальный (инфракрасный) способ сушки продуктов питания основана на том, что инфракрасное излучение определенной длины волны (8-10 мк) поглощается водой, содержащейся в продукте, но не поглощается тканью высушиваемого продукта.

В связи с этим удаление влаги возможно при невысокой температуре (+40...60 °С), что позволяет практически полностью сохранить витамины, биологически активные вещества, естественный цвет, вкус и аромат подвергающихся сушке продуктов.

Инфракрасное оборудование применяется для сушки овощей и фруктов, мясного и рыбного сырья, пищевых полуфабрикатов, закусок и готовых блюд, а также продуктов быстрого приготовления, лекарственного сырья и растений; широко используется для сушки непищевых продуктов, в основном листовых тонкослойных материалов и лакокрасочных покрытий.

По сравнению с традиционными способами сушки (конвективным, кондуктивным) овощи и фрукты, обработанные инфракрасной сушкой, после восстановления обладают вкусовыми качествами, максимально приближенными к свежим продуктам; увеличивается срок хранения продуктов.

В качестве источников инфракрасного излучения применяют электрические лампы (ламповые сушилки) либо экраны или панели, обогреваемые газом (радиационные газовые сушилки).

Основные достоинства радиационных сушилок следующие: быстрое удаление влаги из тонкослойных материалов, компактность, легкость регулирования, незначительность потерь тепла в окружающую среду. Недостатками сушки инфракрасным излучением являются непригодность сушки толстых слоев материала; неравномерность нагрева высушиваемого материала, связанная с быстрым нагреванием поверхностного слоя и медленной передачей тепла во внутренние слои; высокий расход энергии (1,5-2,5 кВт-ч на 1 кг влаги).

Для высушивания толстых слоев материала, в частности пастообразных материалов, перспективно применение комбинированных способов сушки: терморадиационной и конвективной сушки или терморадиационной сушки и сушки токами высокой частоты.

Сублимационная вакуумная сушка - это удаление влаги непосредственно из твердой фазы свежезамороженных продуктов в паровую фазу, минуя жидкое состояние, в условиях вакуума.

Чем быстрее и глубже замораживается продукт, тем менее крупные кристаллы льда образуются в продукте, тем быстрее они испаряются на втором этапе сушки продукта и тем выше качество получаемого продукта.

Скорость сублимационной сушки зависит от особенностей строения и состава продукции, степени измельчения, производительности установки. Быстро высушиваются жидкие и пюре- образные продукты, медленнее - твердые продукты. Качество продуктов сублимационной сушки значительно выше, чем при обычной сушке.

Сублимационный способ сушки дорогостоящ, в связи с чем применяется для ценных пищевых продуктов, плазмы крови, медицинских препаратов и др.

Наибольшее использование сублимационная вакуумная сушка получила в технологиях производства лекарственных препаратов, ферментов, заквасок, экстрактов лекарственных трав и других объектов, которым требуется обеспечить сохранность в продукте всех полезных составляющих сырья в течение длительных периодов.

Это один из самых современных методов обратимого консервирования микроорганизмов и биопрепаратов, который обеспечивает наилучшее качество продукта и высокую восстанавливаемость лактобактерий при минимальной продолжительности процесса и, соответственно, минимальных затратах.

В производстве продуктов питания сублимационная вакуумная сушка используется в качестве средства консервации и сохранения питательных веществ, при этом нет необходимости в применении ароматизаторов, консервантов и красителей. Одним из важнейших достоинств вакуумной сушки продуктов является малая усадка исходного продукта и быстрое восстановление сублимированных продуктов путем добавления воды.

Акустическая сушка продуктов основана на воздействии на обезвоживаемый продукт интенсивных ультразвуковых волн. Данный процесс сушки носит циклический характер, волна выбивает влагу, находящуюся на поверхности продукта, затем оставшаяся влага равномерно распределяется по капиллярам и процесс повторяется снова до достижения заданной влажности.

Данный способ позволяет сушить продукты сельского хозяйства (зерно, овощи, фрукты и др.), древесину, хлопок, лекарственные препараты и травы, бумагу, продукцию химической и других отраслей промышленности.

При акустической сушке влага экстрагируется из подвергаемого сушке продукта под действием звука с соответствующими характеристиками. Принципиальная особенность способа: сушка протекает без повышения температуры продуктов, т.е. реализуется холодная сушка. Это обстоятельство снимает все негативные последствия, связанные с термическим воздействием на продукт. Именно поэтому акустическая сушка - единственный способ, пригодный для сушки термочувствительных и легко окисляющихся материалов.

Обработка продуктов акустическими колебаниями высокой интенсивности благоприятно сказывается на физико-химических и потребительских свойствах продукта (например, увеличивает всхожесть семян и др.).

При сушке в акустическом поле ферментов, разрушающихся при температуре +40 °С, скорость сушки продуктов в сравнении с вакуумным методом повышается в 3-4 раза.

Конструкции сушилок

Материалы, подвергающиеся сушке, разнообразны. Поэтому разнообразны конструкции сушилок, которые различают по следующим признакам:

1. способу подвода тепла (конвективные и контактные);
2. типу используемого теплоносителя (воздушные, газовые, паровые);
3. величине давления в сушильной камере (атмосферные и вакуумные);
4. способу действия (периодического и непрерывного действия);
5. взаимному направлению движения материала и теплоносителя в конвективных сушилках (прямоточные, противоточ- ные и с перекрестным током);
6. состоянию высушиваемого материала (неподвижный слой, непрерывно пересыпаемый материал и др.).

Виды сушилок

Конвективные сушилки

Туннельная сушилка работает при атмосферном давлении, в качестве теплоносителя используют воздух. В канале туннельной сушилки (длина канала до 15 м) перемещаются вагонетки, нагруженные лотками или противнями с высушиваемым материалом.

Воздух может двигаться прямоточно, противоточно или перекрестно. Сушка длительная. Так, картофель, нарезанный столбиками или кружками, при нагрузке на сита 7-8,5 кг/м2 при температуре воздуха +85... 90 °С сушится около 6 ч.

В туннельных сушилках высушивают также большие количества штучных керамических изделий.

Существенные недостатки - неравномерность процесса сушки, ручная загрузка и выгрузка вагонеток, значительные размеры сушилки.

Камерная сушилка

Основной частью такой сушилки является камера, в которой на ситах или стеллажах высушивают материал. Воздух всасывается в камеру вентилятором, проходя через подогреватель. Отработанный воздух выходит через трубу вверху. Сушка материала в сушилках этой конструкции происходит в неподвижном толстом слое, продолжительность ее велика.

Сушилки малопроизводительны, в них не обеспечивается равномерность сушки, загрузка и выгрузка материала ручная. Камерные сушилки используются для малотоксичных материалов.

Ленточные многоярусные сушилки

Высушиваемый материал поступает на верхнюю транспортерную ленту из металлических сит или прорезиненной ткани, с низа которой поступает подогретый воздух. Лента движется до нижнего разгрузочного люка, через который материал сбрасывается на ленту, идущую в обратном направлении. Скорость движения лент (их может быть 2, 4, 6) варьирует от 0,1 до 1 м/мин.

Ленточные многоярусные сушилки применяются для сушки сыпучих и кристаллических продуктов, в пищевой промышленности их используют для сушки фруктов, хлеба, крахмала, макаронных изделий, дрожжей.

Барабанные сушилки и сушилки с кипящим слоем

Барабанная сушилка

Влажный материал подается через загрузочный бункер в верхнюю часть барабана, вращающегося со скоростью 3-8 м/мин и наклоненного под углом 3-6°. Он захватывается лопастями, непрерывно перемешивается, подходит к нижнему концу барабана, поступает в бункер и выгружается разгрузочным шнеком.

В качестве сушильного агента используются обычно дымовые газы, перемещаемые через сушилку вентилятором, или же воздух, предварительно нагретый в калориферах. Время пребывания материала в сушилке регулируется скоростью вращения барабана и изменением угла его наклона к горизонту.

В зависимости от крупности и свойств высушиваемого материала барабан заполняют насадками различной формы: подъемнолопастными, секторными, перевалочными с закрытыми ячейками. Подъемно-лопастные насадки предназначены для крупнокусковых, склонных к налипанию материалов. Секторные насадки применяют для материалов большой плотности и малосыпучих, перевалочные - для сильносыпучих и мелкосыпучих материалов.

Барабанные аппараты применяются для сушки крупнотоннажных продуктов химической промышленности (суперфосфата, азотнокислого аммония и др.). В мукомольно-элеваторной промышленности в барабанных сушилках сушат зерно, в пищевой промышленности - сахар-песок, жом, барду, ростки и др.

В барабанных сушилках достигается непрерывное перемешивание материала и, следовательно, хороший контакт с сушильным агентом.

Сушилки с кипящим слоем

Собственно сушилка представляет собой вертикальный конический сосуд, расширяющийся кверху.

В его нижней части укреплена решетка. Материал поступает из бункера.

Сушильный агент (топочные газы или горячий воздух) подается вентилятором, проходит смесительную камеру (для разбавления воздухом) и поступает в конус через решетку. Скорость подачи сушильного агента устанавливают так, чтобы высушиваемый материал начал «кипеть» и перешел в псевдоожиженное состояние. Наиболее мелкие и легкие частицы уносятся газом, проходя через циклоны для улавливания частиц.

В сушилках с кипящим слоем достигается интенсивный тепломассообмен между твердой и газовой фазами. Сушка заканчивается за несколько минут.

Сушилки с кипящим слоем применяются в основном для обработки сыпучих зернистых материалов, сушки зерна, сахара-песка, хлебопекарных дрожжей, овощей, но в отдельных случаях - для сушки паст, полимеров и др.

Параметры влажного материала.

Абсолютная влажность- это количество влаги, содержащееся во влажном материале ( ). Определяется эта величина, как разность между массой влажного и абсолютно сухого материала, кг.

Относительная влажность- это масса влаги, содержащаяся в 1 кг влажного материала (U), измеряется в % (долях).

Влагосодержание материала- это масса влаги ,приходящаяся на1 кг сухого материала(W)[кг/кг].

Материальный и тепловой баланс сушки.

Материальный и тепловой баланс сушилки составляется для определения материальных и тепловых потоков, количества удаляемой влаги и сушильного агента для сушки.

Для составления баланса обозначим:

- количество влажного материала, поступающего на сушку, [кг/ч].

- количество высушенного материала, [кг/ч].

и - начальная и конечная влажность материала (считая на общую массу материала), [%].

- количество влаги, удаляемой из материала при сушке, [кг/ч].

Тогда материальный баланс будет иметь следующий вид (по всему материалу, подвергаемому сушке):

Обычно целью составления материального баланса является определение количество влаги , удаляемой при сушке.

или

Удельный расход воздуха ( ), т.е. количество абсолютно сухого воздуха, необходимого для удаления 1кг влаги:

,где

L- расход воздуха на сушку, [кг/ч].

тогда

Тепловой баланс сушки.

Обозначим через:

- расход тепла в калорифере,

- расход тепла в сушильной камере,

-расход тепла на сушку,

- удельный расход тепла, т.е. количество тепла необходимое для удаления 1кг влаги [кДж/кг].

Основной тепловой баланс

- чаще всего отрицательная величина, т.к. в калорифере тепло приходит, а в сушильной камере расходуется.

Тепловой баланс воздушной конвективной сушилки складывается из следующих статей:

Приход тепла:

1.Ссушильным агентом

2.Свлажнымматериалом:

3.Странспортными устройствами (если есть) :

4.От основного калорифера:

Расход тепла:

1. С отработанным сушильным агентом

2. С высушенным материалом:

3. С транспортными устройствами:

4. Потери тепла в окружающую среду:

Здесь и - начальная и конечная температуры материала;

- начальная и конечная температуры транспортных устройств;

- теплоемкость влажного материала, транспортных устройств.

- масса транспортных устройств.

Затем суммируют статьи прихода и расхода, приравнивают их друг к другу. Для получения удельного расхода тепла (на1 кг испаренной влаги) делят обе части уравнения на W- количество удаляемой влаги, [кг], получаем внутренний баланс сушильной камеры ( ) [кДж/кг]. Величина выражает разность между приходом и расходом тепла в сушильной камере.

Для анализа и расчета процесса сушки вводит понятие теоретическойсушилки, в которой температура материала, поступающего в сушилку ,также нет расхода тепла на нагрев материала и транспортных устройств, нет дополнительного подвода тепла в самой сушилке, нет потерь тепла в окружающую среду, т.е. = 0.

На диаграмме теоретическая сушилка изображается линией

+постоянной энтальпии (адиабатическая сушка). Это означает, что испарение влаги в теоретической сушилке происходит только за счет охлаждения воздуха, причем количество тепла, передаваемого воздухом полностью возвращается в него с влагой, испаряемой из материала.

Основные характеристики влажного воздуха. Диаграмма Рамзина

Абсолютная влажность – определяется количеством водяного пара в кг, содержащегося в 1 м³ влажного воздуха.

Относительная влажность (%, φ показывает отношение массы водяного пара в 1 м³ влажного воздуха к максмально возможной массе водяного пара в 1м³ влажного воздуха.

Влагосодержание – количество водяного пара в кг, содержащегося во влажном воздухе и приходящаяся на 1кг абсолютно сухого воздуха.

По закону Дальтона общее давление газа в смеси будет равно сумме парциальных давлений компонентов. Р=Р_п+Р_св

Энтальпия (теплосодержание) влажного воздуха выражается суммой энтальпий 1кг сухого воздуха и водяных паров.

=i_в+i_п=с_в∙t+i_п∙t, где с_в– теплоемкость воздуха (дж/кг)

с_в=1,01 кдж/кг*К

с_п=1,97 кдж/кг*К

i_п= r₀+c_п∙ t, где r₀– теплота испарения воды при t=0^оС

r₀= 2493 кдж/кг

I= 1,01 ∙ t + (2493 + 1,97 ∙ t) х

Потенциал сушки (æ) – разность между температурой воздуха и мокрого термометра он характеризует способность воздуха поглощать влагу из материала.

Температура точки росы – температура влажного воздуха, при котором он становится насыщенным, если его охлаждать с постоянным влагосодержанием.

Парциальное давление влаги – давление, которое бы создавали пары влаги, если бы эти пары занимали объем, занимаемой паровоздушной смесью (в Па).

Диаграмма состояния влажного воздуха (Рамзина)
(* 760 мм рт. ст. » 0,1 МПа)

Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 397; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!