Равновесие в процессе сушки

СУШКА

Интенсификация массопередачи при сушке. Конвективная сушка.

Тема 3.7. Сушка 12ч., в т.ч. лаб. раб. и практ. занят 4ч.

Студент должен:

знать:

- теоретические основы процесса сушки, условия проведения;

- принцип действия и устройства аппаратов процесса сушки;

- принципы составления материального и теплового балансов;

- принципы выбора сушилок;

уметь:

- рассчитывать материальный и тепловой балансы процесса сушки;

- выполнять построение процесса сушки на диаграмме y-x, определять параметры воздуха;

- выбирать конструкцию сушилки с помощью каталогов.

Назначение сушки. Классификация способов сушки. Равновесие между фазами в процессе сушки. Направление и движущая сила сушки. Кинетика сушки. Определение скорости и времени сушки.

Свойства влажного газа (воздуха). Y-x диаграмма влажного воздуха. Материальный и тепловой баланс сушки. Процессы конвективной сушки. Контактная сушка. Сушка инфракрасными лучами, токами высокой частоты, сублимацией. Конструкции сушилок.

Сушка – процесс удаления влаги из твердого материала путем ее испарения и отвода образовавшихся паров.

Обезвоживание материалов осуществляется обычно с целью повышения качества целевого продукта, предупреждения слеживаемости, удешевления транспортировки, уменьшения коррозии аппаратуры и трубопроводов, повышения теплотворной способности (для топлив).

Вследствие больших величин теплом парообразования жидкостей сушка, как и выпаривание, является сравнительно дорогим технологическим процессом. С этой целью перед сушкой часть влаги удаляется более дешевым механическим путем – фильтрованием, прессованием, центрифугированием.

Высушиваемые материалы в зависимости от способа сушки условно можно разделить на следующие группы:

· жидкотекучие материалы – истинные и коллоидные растворы, эмульсии и суспензии;

· пастообразные материалы;

· твердые дисперсные материалы, обладающие сыпучестью во влажном состоянии (пылевидные, зернистые и кусковые);

· тонкие гибкие материалы (ткани, пленки, бумага, картон);

· штучные, массивные, крупногабаритные материалы и изделия: керамика, элементы строительных конструкций, изделия из древесины;

· изделия, подвергающиеся сушке после грунтования, окраски, склеивания и других работ на поверхности.

По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу различают:

· конвективную сушку (теплота для осуществления процесса передается материалу при его непосредственном контакте с сушильным агентом, например нагретым воздухом, топочными и другими газами);

· контактную (кондуктивную) сушку (теплота передается материалу через разделяющую их стенку);

· радиационную сушку (теплота передается инфракрасными лучами);

· диэлектрическую сушку (теплота выделяется в материале в результате воздействия на него токов высокой частоты);

· сублимационную сушку (высушивание материала осуществляется в замороженном состоянии при глубоком вакууме).

В технике наиболее часто применяют конвективную и кондуктивную сушки. Последние три способа относятся к специальным видам, их применяют несколько реже.

Процессу сушки, как любому массообменному процессу, соответствует обратный процесс – поглощение твердым материалом влаги из окружающей среды, содержащей либо пары влаги, либо смесь паров влаги с другими газами. Обозначим давление паров влаги, когда только она является окружающей средой, через р_пар, а ее парциальное давление в смеси с газами окружающей) среды – через р _D.

В то же время, влаге, содержащейся в материале, соответствует определенное равновесное давление водяного пара над влажным высушиваемым материалом р_мат.

Условием сушки в этом случае являются неравенства

Влажность материала, отвечающая условию р_мат =р_пар*(р_мат =р _D), соответствует условию равновесия.

Обратному процессу (сорбции паров влаги из окружающей среды твердым материалом) соответствуют неравенства р_пар > р_мат и p _D > р_мат.

Давление пара над высушиваемым материалом рмат зависит от влажности материала, температуры и характера связи влаги с материалом. С ростом температуры и влажности материала значение р_мат возрастает (рис. 14.1). Кроме того, чем сильнее связь влаги с материалом, тем меньше при прочих равных условиях давление паров влаги над этим материалом.

Различают несколько форм связи влаги с материалом (если под влагой понимать воду, то в порядке убывания энергии связи).

Химически связанная влага – гидратная или кристаллизационная, входящая в состав самого химического соединения, в процессе сушки не удаляется. Для ее удаления необходимо либо высокотемпературное воздействие (прокалка), либо химическая обработка.

Физико-химически связанная влага (адсорбционная и осмотическая) – влага, находящаяся в микропорах и связанная с материалом на молекулярном уровне адсорбционными и осмотическими силами.

Механически (капиллярно) связанная влага, заполняющая макро- и микрокапилляры, может быть удалена не только при сушке, но и при механических воздействиях.

Значения концентраций влаги в материале используются для описания кинетики процесса сушки, а также расчета аппаратов, в которых он осуществляется.

Значения концентраций влаги определяются:

· влажностью с – отношением массы влаги, содержащейся в материале, к массе влажного материала, кг/кг;

· влагосодержанием х – отношёнием массы влаги, содержащейся в материале, к массе сухого материала, кг/кг;

· относительной влажностью φ – отношением количества паров в газе к максимально возможному, отвечающему насыщенному состоянию при тех же температуре и давлении, %.

Дата добавления: 2014-01-04