ИПИ. Исследование режимов работы сушильных устройств (сушильные установки)

• Название: Исследование режимов работы сушильных устройств (сушильные установки)
• Дата: 10.05.2022
• Размер: 2.36 Mb.
• Имя файла: ИПИ.docx
• Тип: Исследование; #520018
• страница: 5 из 20

кг


U,





t_B = const


t,

°с

t2


Up —-I I —


\


v

IT период сушки


прогрев I период сушки



Период постоянной скорости сушки du/dx = conrt характери­зуется снижением влагосодержания материала по линейному закону. Температура материала в этом периоде сушки постоянна и равна температуре смоченного термометра (при конвективной сушке). Продолжительность первого периода сушки рассчитывается по формуле

Т = (u - ur) / N1 ,

где u_K - критическое влагосодержание; N₁ = (du/dx)₁ = (u - u_K)/x₁ - скорость сушки в первом периоде.

Во втором периоде сушки температура материала увеличивается от температуры смоченного термометра до температуры окружающего воздуха, а скорость сушки снижается с течением времени по степенной зависимости с показателем степени n


dx


= -N


f Лп

' u '

p


V ^dT У_II


1


u

V e У


где N₁ = - du/dx = -


^^ue ^{- u}6^


V ^T1 ^{- T} 2 У





+


= + имеет положительный знак.


Продолжительность второго периода сушки (при n =1) может
быть описана уравнением

( \

u , u„


u.


т.


N


р


1


V ^u к У


N


1


V ^u р У


(3.1)


или при n Ф 1


^(ue ^{- u}n . О

N . (1 - n)


(3.2)


Общая продолжительность сушки влажных материалов складывается из продолжительности периода прогрева, периодов постоянной и падающей скорости сушки


Тпр + Т1 + Т2


Типичные кривые скорости сушки изображены на рис. 3.4.





В периоде прогрева скорость сушки быстро увеличивается, достигая постоянного значения N = const. В первом периоде скорость сушки постоянна и изображается прямой, параллельной оси влаго- содержания. Периоды постоянной и падающей скорости сушки разделяются точкой и_к , которая называется критическим влаго- содержанием. Начиная с критической точки, скорость сушки уменьшается (период падающей скорости) и при достижении равновесного влагосодержания становится равной нулю.

Величина критического влагосодержания и характер кинетических кривых зависят от физических характеристик и массы материала, от интенсивности и способа подвода к нему теплоты.

Простейшая кривая скорости сушки является прямой (1), проходящей через точки к! и и_р . Такие кривые скорости сушки дают тонкие образцы волокнистых материалов (бумага, тонкий картон). При сушке кожи, ткани и материалов с аналогичными структурными свойствами скорость сушки характеризуется кривой 2. Кривые скорости сушки типа 3 наблюдаются при сушке керамических материалов.


Рис. 3.4. Характерные кривые скорости сушки различных материалов при различных показателях степени кинетической кривой. При показателе степени n >1 кривые имеют выпуклость в сторону оси абсцисс (кривая 3), а при n < 1 - в сторону оси ординат (кривая 2). При n = 1 скорость сушки уменьшается по линейному закону (кривая 1)

Материалы, имеющие более сложные структурные


А


du

Г’





к1


к 1


Up





характеристики, описываются более сложными закономерностями изменения скорости сушки от влагосодержания. Кривые типа 4 характерны при сушке глины. При сушке хлеба характерна кривая 5. Кривые типа 6 встречаются редко. Характерной особенностью кривых 4, 5, 6 является наличие второй критической точки и_к2.

Таким образом, для некоторых материалов второй период сушки состоит из двух интервалов, имеющих различную кривизну и, соответственно, различные скорости испарения влаги.

Основная задача инженерных расчетов кинетики сушки влажных материалов заключается в определении длительности отдельных периодов в зависимости от режимов и способов подвода теплоты к поверхности испарения.

Весьма важной кинетической характеристикой является кривая изменения температуры (термограмма) поверхности материала во втором периоде сушки. Для каждого материала существует определенная максимально допустимая температура нагрева материала, превышение которой может вызвать ухудшение его технологических свойств.

Температура поверхности материала во втором периоде сушки рассчитывается по уравнению

^•2 ^в ^{— m}r ^(ир ^{/ и}к⁾ О-в ^— ^-мХ

где t₂ - переменная температура поверхности материала во втором периоде; m_r = (г₂ + Aq_H) / г₁ - коэффициент, учитывающий относитель­ные затраты теплоты на нагрев сухого материала и перегрев пара (величина m_r 1,1); г₂ - средняя теплота парообразования во втором периоде сушки; Aq,^ - средний удельный расход теплоты на нагрев сухого материала.

При инженерных расчетах можно воспользоваться упрощенной формулой, основанной на том, что повышение температуры поверхности материала во втором периоде сушки является зеркальным отражением снижения влагосодержания (рис. 3.5).








Рис. 3.5. К расчету температуры поверхности материала


Составим пропорцию


^(ta Ц ₌(^u6 ⁰⁾
(t_a - ^t_i) ⁽и_ё - °)


и решим ее относительно температуры поверхности материала


или


t2 = ts - (ts - О • (ир / и_к) t2 = 1м + (ts - О • (Uk - ир) / Uk .


(3.3)

(3.4)


Уравнения (3.3) и (3.4) позволяют определить температуру поверхности материала во втором периоде сушки.


Обобщенная кривая кинетики сушки

Действительный процесс сушки протекает при переменном температурном режиме. Для расчета таких процессов справедливо использование обобщенной кинетической кривой сушки Nt = f (u). Обобщенная кривая, предложенная В.В. Красниковым [12], заключает в себе семейство кинетических кривых данного материала при любом температурном режиме сушки и основывается на том, что при сушке конкретного материала, имеющего начальное влагосодержание и_о, при любом режиме величина N t сохраняется неизменной и соответствующей текущему влагосодержанию Ui



N₁i₁ = N₂t₂ = ... = N_nx_n = const ,

где N₁, N₂, ..., N_n - скорость сушки в первый период при различных температурных режимах; т₁, т₂, ..., т_п - текущее время сушки, в течение которого влагосодержание изменялось от начального и_о до текущего Ui . На основе анализа уравнений (3.1) и (3.2) можно сделать вывод о том, что при неизменном значении критического влаго- содержания и_к и показателя степени n произведение скорости сушки N₁ на время т есть величина, не зависящая от режима сушки и определяющаяся только значением текущего влагосодержания и

N₁t = и_к • ln (и_к / и) ,

N₁t = (и_к - и/ • u^-n) / (1 - n) .

Обобщенная кривая сушки строится по единственной опытной кривой данного материала с определенным значением и_о, полученной при любом режиме. Если известна корреляционная зависимость N от основных параметров режима (например, N = f (t)), то с помощью обобщенной кривой можно воссоздать семейство кривых, соответствующих различным режимам сушки данного материала.


а и,

кг

кг