|
|
Об адиабатном испарении влагиРеальные процессы сушки протекают в условиях весьма сложного взаимодействия как между участвующими фазами, так и системы "влага-воздух" с внешней средой. Одним из способов упрощения (идеализации) процесса является рассмотрение адиабатного испарения влаги, когда оно осуществляется за счет теплоты сушильного агента (он при этом охлаждается), а тепловое взаимодействие с внешней средой отсутствует. Рассматривается ограниченный объем влажного воздуха, содержащий Процесс адиабатного испарения (насыщения) может быть построен в диаграмме
а тепловой баланс:
Рис. 11.19. Линия мокрого термометра в диаграмме
Приравнивая левые части равенств (и) и (о) и сокращая
Если теперь исходную точку 1 считать произвольной, но связанной с точкой насыщения
Для построения этой прямой линии в диаграмме Разность рабочей температуры СА в некоторой точке А и в отвечающей ей точке М (точки А и М лежат на одной линии адиабатного испарения) либо соответствующая им разность влагосодержаний, т.е. ( Модель адиабатного испарения влаги применима к сушке влажных материалов при достаточно высокой их влажности, когда влага в ТМ ведет себя так же, как влага в отсутствие материала (см. разд. 11.2.5). В этом случае ТМ вместе с содержащейся в нем влагой в ходе адиабатной сушки, как и сушильный агент, стремится приобрести температуру мокрого термометра; выше этого уровня температура влажного материала подняться не может. Специально подчеркнем: —в случае адиабатного испарения влаги из ТМ при достаточной продолжительности процесса (или при развитой поверхности межфазного контакта) равновесная концентрация —в случае реального (не адиабатного) процесса движущая сила также будет выражаться разностью
11.2.5 Равновесие
Равновесие по влаге в системе «сушильный агент - твердый материал» в общем плане характеризуется положениями, в частности, — для систем класса 3(2-2)1. Однако применительно к процессам сушки выявляются особенности, обусловленные природой связи влаги с материалом. Различают свободную и связанную влагу в ТМ. Свободной (иногда — поверхностной) называют влагу, удерживаемую материалом только в результате механического сцепления. По существу такая влага в ТМ ничем не отличается от разлитой на какой-нибудь поверхности. Равновесное давление паров Связанной называется влага, удерживаемая материалом какими-либо дополнительными (помимо механического сцепления) силами: физической адсорбции, капиллярными, гигроскопическими (влага в виде кристаллогидратов) и др. Эту влагу при сушке надо оторвать от материала, затратив дополнительную энергию, так что ее затраты на испарение 1 кг связанной влаги превышают теплоту испарения. Более прочная связь такой влаги с ТМ приводит к понижению давления ее паров над Существуют материалы, практически не содержащие связанной влаги (пример — стеклянные шарики). Но в общем случае ТМ может содержать свободную и связанную влагу. При сушке сначала удаляется свободная влага, затем связанная. Границу между свободной и связанной влагой называют критической влажностью материала ( Равновесие для системы СА-ТМ представляют в декартовых координатах. На рис. 11.20, а приведены равновесные зависимости в диаграмме
Поскольку последующие технологические расчеты ведутся с использованием диаграммы
Простая сушка Изучение процесса сушки начнем с простой сушильной установки — ее схема представлена на рис. 11.21. Рассмотрение этого варианта сушильного процесса позволяет сформулировать основные понятия и подходы к расчету параметров работы аппаратов, составляющих установку. Последняя включает паровой или электрический калорифер 1 для подогрева СА и сушильную камеру 2, где происходит процесс обезвоживания (сушки) ТМ. В качестве дутьевого устройства, обеспечивающего движение СА через калорифер и сушильную камеру, используется вентилятор 3. Исходный влажный материал подается в сушильную камеру, высушенный — выводится из нее. Сушильный агент последовательно проходит калорифер и сушильную камеру, в ней он забирает влагу у ТМ — с потоком СА она выбрасывается в атмосферу. Материал перемещается в сушильной камере противотоком к СА (так показано на рис. 11.21) либо прямотоком; возможны и другие схемы взаимного направления потоков фаз. С точки зрения процессов сушки место расположения вентилятора (в голове или на хвосте процесса либо между калорифером и сушильной камерой) безразлично. Дело в том, что гидравлическое сопротивление системы невелико в сравнении с давлением процесса сушки
На схеме обозначены состояния рабочих тел. Поток СА берется в расчете на абсолютно сухую часть, поэтому во всех точках схемы идет одинаковый поток В задачу технологического расчета статики процесса входит определение по заданным исходным условиям материальных и тепловых потоков — полных (в единицу времени) и удельных (они дают сравнительную характеристику процесса).   ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...  ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
кг абсолютно сухого и достаточно большое количество влаги — такое, что оно не может перейти целиком в газовую фазу. По истечении длительного отрезка времени (или за небольшое время, но при развитой поверхности контакта влаги с воздухом) воздух примет некую температуру 
и станет насыщенным при этой температуре — процесс испарения влаги прекратится. Установившаяся температура 
на основе материального баланса для контура, охватывающего рассматриваемый ограниченный объем, и отрезка времени, достаточного для завершения процесса насыщения. Обозначим количество испаренной влаги 
, ее теплоемкость — 
, начальные влагосодержание воздуха 
и относительную энтальпию 
, а в условиях насыщения соответственно 
и 
. Тогда в отсутствие Источников и Стоков материальный баланс по влаге для воздуха (периодический процесс) запишется:
откуда 
(н)
откуда 
(о)
или 
(п)
то последнее выражение превращается в уравнение линии адиабатического насыщения в диаграмме 
):
(11.4)
) достаточно принять произвольное значение 
(лучше 
) и по (11.4) рассчитать сопряженное ему значение 
. Прямая, проведенная через точки 
и 
, изобразит процесс адиабатного испарения — жирная штриховая линия с надписью 
на рис. 11.19. В некоторых диаграммах 
и 
проведено семейство линий адиабатного испарения для разных температур мокрого термометра.
) или (
) могут трактоваться как движущие силы, определяющие скорость адиабатного процесса сушки.
не всегда отвечает точке, лежащей на линии насыщения 
; в такой ситуации термины «адиабатное испарение» и «адиабатное насыщение» не совпадают; соответственно, движущая сила будет выражаться разностью 
;
, но линия процесса пойдет не по прямой (
), а в общем случае по иной линии реального процесса (см. разд. 11.3.4); при этом конечная точка с влажностью 
)будет лежать на линии 
)и на другой линии 
).
непосредственно над материалом со свободной влагой (см. рис. 11.14) независимо от ее концентрации в ТМ таково же, как над чистой жидкостью (если влага — вода, то как над чистой водой) при той же температуре; иначе говоря — это давление насыщенных паров: 
. Затраты энергии при испарении 1 кг свободной влаги отвечают (при изотермическом испарении — равны) теплоте испарения чистой жидкости.
, причем 
зависит от влажности материала 
, 
. Скорость испарения связанной влаги меньше, нежели свободной.
).
. Рабочая область сушки располагается под линией равновесия (символ С); над равновесной кривой — область увлажнения твердого материала (т.е. сушки газа). Нижняя кривая (например, экспериментально снятая) отвечает постоянной температуре 
— это изотерма равновесия. В области свободной влаги, т.е. при 
относительная влажность 
, величина 
изотерма равновесия располагается выше, поскольку давление паров влаги возрастает с температурой. Это означает, что при одинаковой влажности материала 
. С другой стороны, при одинаковых относительных влажностях воздуха 
, значит, при повышенных температурах возможна более глубокая сушка ТМ. Из сопоставления кривых равновесия при разных температурах видно, что величина 
Рис. 11.20. Равновесие при сушке: а — диаграмма 
соответственно 
, причем для 
и можно считать, что в любом случае сушка ведется под давлением 
(чаще всего — при атмосферном). Но место размещения вентилятора важно в ином аспекте: при установке вентилятора в голове процесса в сушильной камере возникает небольшое избыточное давление, соответствующее ее гидравлическому сопротивлению, при установке на хвосте — небольшое разрежение. В первом случае через неплотности аппаратуры небольшое количество СА выходит из сушильной камеры в окружающую среду, во втором — происходит подсос воздуха в сушилку извне. Если высушиваемый материал пылит или пары удаляемой влаги токсичны, то при установке вентилятора в голове схемы около сушилки возникает неблагоприятная санитарная обстановка (запыленность, вредные выбросы). При установке вентилятора на хвосте схемы этого не происходит. Поэтому при прочих равных условиях вентилятор предпочтительно устанавливать на хвосте процесса, как это показано на рис. 11.21. Однако если высушиваемый материал не допускает соприкосновения с кислородом воздуха и сушка ведется каким-нибудь «инертным» газом, то во избежание подсоса необходимо поддерживать в сушилке некоторое избыточное давление. Тогда вентилятор устанавливают в голове процесса. Разумеется, его размещение между калорифером и сушильной камерой нецелесообразно из-за жестких условий работы (высокие температуры). Наконец, при больших гидравлических сопротивлениях установки, когда напора одного вентилятора не хватает, устанавливают два — в голове и на хвосте процесса.
Рис. 11.21. Принципиальная схема простой сушильной установки: 1 — калорифер, 2 — сушильная камера, 3 — вентилятор; I - сушильный агент, II — высушиваемый материал
На выходе из калорифера — точка 1, параметры 
После сушильной камеры (точка 2): 
Поток высушиваемого ТМ берется в расчете на его сухую часть, поэтому в ходе сушки его поток 
. Параметры ТМ на входе в сушильную камеру отмечены верхним штрихом: 
параметры высушенного ТМ на выходе из нее — двумя штрихами: 
В общем приведенные обозначения (с некоторыми изменениями, дополнениями) сохранены и при рассмотрении более сложных схем сушильного процесса.