Виды связи влаги с материалом. Явление термовлагопроводности. Кривые и скорости сушки

⇐ ПредыдущаяСтр 42 из 42

В наиболее широком смысле влагу, находящуюся в твердом материале (ТМ), можно классифицировать на свободную и связанную. Свободной называют влагу, удерживаемую материалом только в результате механического сцепления. Такая влага ничем не отличается от разлитой на какой–нибудь поверхности.

Связанной называется влага, удерживаемая материалом какими–либо дополнительными (помимо механического сцепления) силами: физической адсорбции, капиллярными, гигроскопическими и др. Эту влагу при сушке надо оторвать от материала, затратив дополнительную энергию.

Связь влаги с материалом может быть механической, физико–химической и химической. Механически с твердым материалом связана поверхностная влага и влага, заполняющая поры и крупные капилляры в материале при его смачивании. Такая влага легко удаляется из материала и обычно называется внешней. Физико–химически с твердым материалом связана влага, поглощенная поверхностью мелких капилляров (адсорбционная влага) или проникшая внутрь клеток органического материала вследствие диффузии (структурная и осмотическая влага). Химически связана с твердым материалом гидратная влага (или кристаллизационная), которая в процессе сушки обычно не удаляется. В отличие от внешней, влагу, прочно связанную с материалом, называют гигроскопической.

В зависимости от формы связи влаги с материалом она может быть удалена различными способами:

механическими – прессованием, отсасыванием, фильтрованием и центрифугированием. Эти способы используются в тех случаях, когда требуется частичное удаление внешней влаги;

физико–химическими – путем поглощения влаги гигроскопическими веществами (хлористым кальцием, спиртом, серной кислотой и др.). Эти способы применяются главным образом для удаления влаги из газов;

тепловыми – испарением, выпариванием, конденсацией и вымораживанием. Эти способы применяются, когда требуется практически полное удаление внешней влаги и частично гигроскопической.

Критическая влажность материалов с развитыми порами характеризует состояние, когда давление пара в порах становится меньше давления насыщенного пара при данных условиях.

Критическая влажность материала характеризует окончание периода постоянной скорости сушки и начало второго периода падающей скорости.

Величинакритической влажности материала зависит от его свойств, температуры сушки, скорости и влажности воздуха.

Следовательно, уменьшениекритической влажности материала с уменьшением толщины слоя позволяет сократить время сушки за счет увеличения доли влаги, испаряемой с наибольшей скоростью.

Термовлагопроводность в капиллярно-пористом теле может быть вызвана расширением защемленного воздуха в капилляре.

Термовлагопроводность - процесс влагопереноса в материале, обусловленный наличием градиента температуры. Происходит за счет перемещения влаги в виде пара, жидкости и пленок по механизму неизотермического скольжения пара, термодиффузии пара в капиллярах, термокапиллярного скольжения пленок.

Термовлагопроводность в пористом теле может быть вызвана другой причиной-наличием защемленного ( не сообщающегося с наружным) воздуха. При повышении температуры давление защемленного воздуха увеличивается, пузырьки воздуха расширяются, в результате чего жидкость в капилляре проталкивается по направлению потока тепла.

Термовлагопроводность в грунтах вызывается рядом явлений. Вследствие разной скорости молекул нагретых и холодных слоев грунта - за счет молекулярной термодиффузии в основном в виде молекулярного течения пара. Из-за капиллярной проводимости, прямо пропорциональной поверхностному натяжению, которое с повышением температуры уменьшается, также уменьшается и капиллярный потенциал, поэтому влага в виде жидкости перемещается из нагретых слоев грунта к холодным. Движение влаги в грунте по направлению потока тепла может быть вызвано также наличием воздуха, защемленного в грунте.

Термовлагопроводность зависит прежде всего от разности температур в толще и от влажности материала. Для каждого материала существует вполне определенная влажность, при которой при наличии разницы температур в толще материала проявляется максимальная Термовлагопроводность. Термовлагопроводность появляется в начальный период прогрева изделий, так как в это время наблюдается наибольшая разница между температурами поверхности и центра.

Для исследованиятермовлагопроводности в твердеющем асбестоцементе был применен метод гаммаскопии, который позволяет определять локальное влагосодержание материала без нарушения его сплошности. Возможность применения метода гаммаскопии для определения поля влагосодержания основана на поглощении и рассеянии дисперсными материалами гамма-квантов вследствие фото - и комптоновского эффектов.

По законутермовлагопроводности влага перемещается в направлении меньших температур и влажности. Поэтому наиболее целесообразно иметь максимальные температуры при сушке в центральных слоях каркаса, там где влажность наибольшая.

В капиллярно-пористых телахТермовлагопроводность слагается из термодиффузии жидкости и пара, капиллярной термовлаго-проводности и относительной термодиффузии пара и воздуха.

Скорость сушки – количество влаги, испаряемой с единицы поверхности высушиваемого материала за единицу времени.

(3)

где u - скорость сушки, кг/м*с

W – количество испаряемой влаги, кг,

F – поверхность высушиваемого материала, м²,

t - время сушки, с.

Скорость сушки зависит от следующих факторов:

1) природы высушиваемого материала – его структуры, химического состава,

2) характера связи влаги с материалом и др.

3) формы высушиваемого материала – размеров кусков, толщины слоя

4) начального и конечного влагосодержания материала

5) внешних факторов – влажности, температуры, скорости движения воздуха

6) характера и условий сушки – перемешивание материала, характер перемешивания или сушки в неподвижном слое.

Процесс сушки как массообменный процесс выражается уравнением массопередачи, объединяющим молекулярную и конвективную диффузии:

W = K × F(P_п – P₁) × t (4)

где W – количество испарившейся влаги,

K – коэффициент массопередачи,

F – поверхность раздела фаз.

Р_п – давление паров влаги у поверхности материала,

P₁ – парциальное давление паров в воздухе,

t - время сушки.

Движущая сила процесса сушки определяется разностью давлений Р_п – Р₁. Чем больше эта разница, тем интенсивнее идет процесс испарения влаги. При Р_п – Р₁ = 0 наступает равновесие в процессе обмена влагой между материалом и средой, и сушка прекращается.

85.Материальный баланс конвективной сушки

Материальный баланс по высушиваему материалу является общим для всех видов сушки.

Цель составления материального баланса – определение количества испаренной влаги , определение расхода сушильного агента .

Если обозначить через расходы исходного и высушенного материала; их влажности, расход удаляемой влаги из материала, то можно записать общий баланс в виде:

баланс по сухому твердому материалу :

Из уравнений (5.24) и (5.25) находим :

Используя вязь между влажностью и влагосодержанием в виде

, получим:

Эта влага в процессе сушки поступает в виде пара в сушильный агент, влагосодержание которого повышается. Таким образом, для газовой фазы можно записать:

где расход абсолютно сухого газа (кг/с); влагосодержание газа соответственно на входе и на выходе из сушильной камеры в расчете на 1 кг сухого газа в кг. Определяем :

Удельный расход сухого газа (в кг абсолютно сухого газа на 1 кг испаряемой воды):

Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 1488; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 33 34 35 36 37 38 39 40 4142

Мы поможем в написании ваших работ!