ИПИ. Исследование режимов работы сушильных устройств (сушильные установки)
 Скачать 2.36 Mb.
|
|
2,0 1,5 Uk 0,5 0 50 100 150 200 X, С 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Nt Рис. 3.6. Кинетические кривые сушки сульфатной целлюлозы по данным П. А. Жучкова [3]: а: 1 - при t = 90 °С, 2 - при t = 100 °С, 3 - при t = 115 °С, 4 - при t = 120 °С, 5 - при t = 130 °С; б - обобщенная кривая кинетики сушки  Тепломассоперенос во влажных материалах Процесс сушки влажных материалов состоит из перемещения влаги внутри материала (влагоперенос, массоперенос) и ее испарения с поверхности в окружающую среду (влагообмен, массообмен). В большинстве случаев скорость сушки существенно зависит от интенсивности перемещения влаги внутри материала. Уравнение, описывающее перенос влаги внутри материала, имеет следующий вид jm = — am Pc Vu — am Pc ^t Vt — K Vp , (3.5) . Л где jm - плотность потока массы, кг/(м ч); am - коэффициент л влагопроводности (потенциалопроводности), м /ч; рС - плотность абсолютно сухого материала, кг/м3; 5t - термоградиентный коэффициент, °С-1; K - коэффициент фильтрации, кг/(мчПа); Vt = dt/дх - градиент температуры, °С/м; Vu = ди/дх - градиент влагосодержания, м-1; Vp = др/дх - градиент давления, Па/м. Как следует из уравнения (3.5), влага в материале перемещается под действием градиента влагосодержания, градиента температуры и градиента давления. Что такое градиент, напомним на примере градиента температуры, который равен пределу отношения изменения температуры At к расстоянию между изотермами по нормали An. Градиент обозначается одним из следующих символов lim (At/An)An^0 = дШп = grad t = Vt . Температурный градиент является вектором, направленным по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры (т. е. направлен в сторону, противоположную тепловому потоку). Знак минус перед слагаемыми уравнения (3.5) означает, что направление потока влаги противоположно положительному значению соответствующих градиентов. Интенсивность сушки определяется не только величиной градиентов, но и коэффициентами am и 5t , которые зависят от температуры и влагосодержания материала. При влагосодержании выше критического и постоянной температуре коэффициент am остается примерно постоянным, что соответствует удалению капиллярной и осмотической влаги. При дальнейшем удалении влаги, когда она перемещается не только в виде жидкости, но и в виде пара,
0,5 1,0 U, кг/кг Рис. 3.7б. Зависимость термоградиентного коэффициента от влагосодержания и температуры для сосны Коэффициент термовлагопроводности 5t уменьшается с повышением температуры. Основной задачей при расчетах тепло- и влагопереноса является определение полей влагосодержания и температуры в сечении материала (динамики сушки) в различные промежутки времени. Неравномерное распределение влагосодержания является основной причиной объемно-напряженного состояния материала при сушке. При нагревании тела объемно-напряженное состояние определяется неравномерным распределением температуры. Растягивающее напряжение P, приводящее к растрескиванию или короблению материала в процессе сушки, прямо пропорционально перепаду влагосодержания между центральным и поверхностными слоями материала Au р = _2 вt • E• Au 3 (l +Р1 U )(l_ Ц) где ^ - коэффициент Пуассона; E - модуль упругости; р1 - коэффициент линейной усадки. На рис. 3.8 показаны поля влагосодержания u и температуры t в сечении материала при конвективной сушке в различные промежутки времени. Температура на поверхности материала растет быстрее, чем в середине, а влагосодержание на границе оказывается меньше, чем в центре. При высокотемпературном режиме сушки, когда температура материала больше 100 °C, перенос влаги внутри материала осуществляется в паровой фазе под действием градиента давления. Перемещение влаги к поверхности при низкотемпературной сушке (< 100 °C) происходит под действием градиента влагосодержания. Поток влаги под действием градиента температуры направлен внутрь материала и тормозит перемещение влаги к поверхности испарения. При условии отсутствия градиента давления др/дх = 0 дифференциальное уравнение нестационарной влагопроводности с учетом термовлагопроводности имеет вид ди/дт = |