Изучение процесса конвективной сушки

Казанский Национальный Исследовательский Технологический Университет Кафедра: «Процессы и аппараты химической технологии»

Лабораторная работа № 2

«Изучение процесса конвективной сушки»

Выполнил: маг. гр. 534-М2

Карякин М.Е.

Проверил: профессор Мухутдинов Э.А.

Казань, 2015 г Теоретическое введение В качестве сушильного агента чаще всего используется нагретый воздух. Влажный воздух является смесью абсолютно сухого воздуха и перегретого водяного пара (если влагой является вода). Для технических расчетов допускают, что эта смесь подчиняется законам идеальных газов и паров и характеризуется следующими параметрами: абсолютной и относительной влажностью, влагосодержанием (паросодержанием) и энтальпией (теплосодержанием).

Согласно закону Дальтона:

р = pсв + pп, (1)

где р — полное давление влажного воздуха, Па; pсв, pп — парциальные давления абсолютного сухого воздуха и водяного пара.

Абсолютная влажность воздуха равна массе пара, содержащегося в 1 м³ воздуха, или плотности пара сп (кг/м3) при температуре и давлении воздуха.

Относительная влажность воздуха ц представляет собой отношение массы водяного пара в 1 м³ влажного воздуха сп при данных условиях (температуре и общем давлении p) к максимально возможной массе пара в 1 м³ воздуха сн (плотность насыщенного пара) при тех же условиях:

(2)

Влагосодержание х — это отношение массы водяного пара mп (кг), содержащегося в данном объеме влажного воздуха, к массе сухого воздуха mсв (кг), находящегося в том же объеме:

(3)

где ссв — плотность абсолютно сухого воздуха кг/м3.

Удаление влаги из материала при сушке зависит от связи влаги с материалом. При сушке эта связь нарушается. Влагу подразделяют на свободную и связанную. Под свободной понимают влагу, скорость испарения которой из материала равна скорости испарения воды со свободной поверхности. При наличии в материале свободной влаги рн= рм, где рм — парциальное давление пара непосредственно над материалом; рн — давление насыщенного пара над свободной поверхностью. Под связанной понимают влагу, скорость испарения которой меньше скорости испарения воды со свободной поверхности (рм < рн).

Если материал находится в контакте с влажным воздухом, то принципиально возможны два процесса: сушка (десорбция влаги из материала) при рм > рп, где рп — парциальное давление паров влаги в воздухе, и увлажнение (сорбция влаги материалом) при рм < рп .

В процессе сушки рм уменьшается и приближается к пределу рм= рп. При этом наступает состояние динамического равновесия, которому соответствует предельная влажность материала, называемая равновесной влажностью wр.

Кинетика сушки характеризуется изменением во времени средней влажности материала и определяется формой связи влаги с материалом, размером частиц материала, параметрами сушильного агента и скоростью его движения, конструкцией сушилки.

Для расчета сушилок необходимо знать скорость сушки, определяемую как изменение влажности материала в единицу времени.

Рис.1- Схема конвективной сушилки:

1-вентилятор, 2—калорифер, 3-трубопровод, 4-ротаметр, 5-сушильная камера, 6-высушиваемый материал, 7-весы, 8-термометр Цели работы

1. Построение кривой сушки. Определение скорости сушки и построение кривой скорости сушки.

2. Cопоставление расчетного и опытного значений коэффициента массоотдачи.

Порядок выполнения

1. Включить установку.

2. Установить заданный расход воздуха, V?, м 3/с.

3. Включить нагреватели, установить заданную температуру опыта.

4. Обмерить и взвесить сухой образец, для чего предварительно определить показание весов с материалом Мc + МД и без него. МД — масса держателя.

5. Увлажнить образец водой, смочив его приблизительно 20 г воды, поместить в сушильную камеру, увлажненный образец взвесить.

6. Через равные промежутки времени (3 мин) производить взвешивание материала. Опыт закончить после того, как прекратится убыль влаги. Во избежание ошибки взвешивания материала необходимо построить зависимость М — t, провести через опытные точки сглаживающую линию и заносить в табл.1 изменения массы материала во времени.

7. Определить по психрометру и записать температуры мокрого Т0 м и сухого Тс термометров, величину относительной влажности окружающего воздуха ц0.

Таблица 1. Опытные данные.

Кривую скорости сушки (зависимость скорости сушки от влажности материала) получают на основе экспериментальных данных об изменении средней влажности всего материала w во времени (рис.2)

Рис. 2 — Кривая сушки влажного материала.

Кривую скорости сушки (рис.3) находят путем графического дифференцирования кривой сушки или разбивкой ее на равные по времени участки с последующим делением величины убыли влажности материала на этих отрезках на длительность.

Рис. 3 — Кривая скорости сушки Обработка результатов.

Определение критерия Рейнольдса:

где с = 0,50 735 — плотность воздуха при 70 °C, кг/м3; L = 0,204 — длина поверхности испарения по направлению движения воздуха, м; µ = 20,4Ч10−6 — динамический коэффициент вязкости воздуха, Па· с; w — скорость обдува материала воздухом, м/c, определяется следующим образом:

конвективный сушка массоотдача

V = 69Ч10−4 м3/c — расход воздуха; a = 0,08 м — ширина камеры; h = 0,17 м — высота камеры.

Определение критерия Прандтля:

где D = 0,29Ч10−4 — коэффициент диффузии пара в воздух при 70 °C, м2/с Определение критерия Нуссельта:

Определение коэффициента массоотдачи (расчетное значение):

Определение интенсивности испарения влаги:

где МС = 0,006 — масса сухого образца, кг; NСР = 0,882 — среднее значение скорости сушки в первом периоде (рис.3), 1/c; F — поверхность испарения материала, м2.

Определение коэффициента массоотдачи (опытное значение):

R = 8314 — универсальная газовая постоянная, Дж/кмоль· К; Мп = 18 — мольная масса водяного пара, кг/кмоль; pн = 0,214Ч104 — давление насыщенного пара при 18 °C, Па; рп = 0,13 696Ч104 — парциальное давление паров влаги в окружающем воздухе, Па.

Полученные данные заносим в таблицу 2.

Таблица 2. Результаты опыта и расчета для первого периода сушки.

Вывод: По полученным экспериментальным данным были определены скорость сушки, расчетное и опытное значения коэффициента массоотдачи. Построена кривая скорости сушки. Как видно из таблицы 2, опытное значение коэффициента массоотдачи больше расчетного в 1,6 раза.