ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Период падающей скорости из "Теория сушки Издание 2" Теория сушки влажных материалов базируется на науке о тепло-и массообмене при фазовых превращениях и на учении о формах связи влаги с коллоидными капиллярнопористыми материалами. [c.134] 1 были рассмотрены вопросы термодинамики влажных материалов (статика процесса сушки). В последующей главе дано изложение основных закономерностей протекания процесса сушки влажных материалов, характеризующихся изменением средних влагосодержания й и температуры 7 тела с течением времени (кинетика процесса сушки). Однако для исследований в области технологии необходимо знать распределение влагосодержания и и температуры I материала в процессе сушки (динамика процесса сушки). Нахождение нестационарных полей влагосодержания и температуры связано с решением системы дифференциальных уравнений влаго-и теплопереноса. Эта система уравнений была выведена на основании исследования механизма влаго- и теплопереноса в капиллярнопористых коллоидных телах (см. гл. 10). [c.134] Система уравнений (3-1-1) — (3-1-3) является наиболее общей, она справедлива для любого вида влаго- и теплопереноса, но при условии постоянства коэффициентов влаго- и теплопереноса (система линейных дифференциальных уравнений). [c.134] Уравнения (3-1-4) — (3-1-5) были решены для данных граничных и начальных условий. Для простейших тел (неограниченная пластина, неограниченный цилиндр, шар) решения приведены в приложении . Анализ этих решений дает возможность судить о поле влагосодержания и температуры в течение процесса сушки. Однако эти решения имеют тот недостаток, что они были получены в предположении постоянства коэффициентов влаго- и теплопереноса и термодинамических характеристик. Поэтому для использования решений необходимо весь процесс сушки разделить на отдельные зоны, в каждой из которых коэффициенты влаго-теплопереноса и термодинамические характеристики считались постоянными для данного интервала Аы и А/. Полученные закономерности из анализа решений представляют большой интерес. [c.135] В последнее время был выполнен ряд работ по численному решению системы дифференциальных уравнений (3-1-4), (3-1-5) с учетом изменения коэффициентов переноса от влагосодержания и температуры с использованием электронно-вычислительных машин. В частности, в работе Р. И. Гавриловой [Л. 8а] было показано, что поля влагосодержания и и температуры t влажных тел при переменных коэффициентах переноса имеют вид, аналогичный полям ия t, полученным при решении линейной системы дифференциальных уравнений влаго- и теплопереноса. Поэтому решения системы линейных уравнений переноса могут быть использованы для качественного анализа механизма процесса сушки. [c.135] Как уже было отмечено выше, в периоде постоянной скорости сушки следует различать две стадии. Первая стадия характеризуется прогревом тела и неустойчивым распределением влагосодержания. Температура поверхностного слоя с самого начала процесса сушки быстро возрастает, в толш,е тела возникают значительные температурные градиенты. Чем меньше критерий инерционности Ьи, тем интенсивнее происходит его прогрев и быстрее устанавливается квазистационарное состояние, когда каждый слой имеет свою постоянную температуру . [c.136] Одновременно с прогревом начинается сушка, влагоперенос затрагивает всю толщу тела. В силу термодиффузии и фазовых превращений в теле образуется сложное распределение влагосодержания, имеющее один или несколько экстремумов. В дальнейшем волна повышенного влагосодержания постепенно углубляется к центру тела и уменьшается по величине. Релаксация этой волны заканчивается при числе Фурье Ро = равном 0,4—0,7. [c.136] В конце первой стадии Ро = 0,5 -ь 1,0 распределение влагосодержания становится параболическим. Особенности в распределении влагосодержания хорошо подтверждаются опытами [Л. 35, 37], Вторая стадия или собственно период постоянной скорости характеризуется дальнейшим развитием полей влагосодержания и температуры. Остановимся на этом подробней. [c.136] Согласно формулам (3-2-2) и (3-2-3) распределение температуры и влагосодержания внутри тела описывается законом параболы, т. е. [c.137] Соотношение (3-2-8) непосредственно получается из уравнения баланса тепла количество тепла, подведенное к телу конвективным обменом а f — t ), равно теплу, затраченному на испарение жидкости / . [c.137] О — сушка конвекцией Д — радиационная сушка. [c.138] На рис. 3-1 приведена экспериментальная зависимость между величиной 2 кдАИгЯ и интенсивностью сушки /п для гипса [коэффициент теплопроводности гипса определялся из графиков = / (и) для соответствующего влагосодержания]. Критерий в численно равен тангенсу угла наклона прямой, в данном случае г = 0,045. Следовательно, перенос влаги в основном происходит в виде жидкости (95,5%). По данным П. Д. Лебедева, при сушке древесины нагретым воздухом (4 = 60 -н 115° С, V — 1,6 м/сек) и инфракрасными лучами (4 = 190 -ь 270° С) критерий е для древесины (сосны) равен 0,15, для песка е = 0,3 [Л. 28]. [c.138] Из формулы (3-2-13) следует, что относительное критическое влагосодержание зависит от критерия Kim, а следовательно, от размеров тела. Для тел с малой удельной поверхностью URt, мало) критическое влагосодержание Гк может быть больше начального. В этом случае процесс сушки с самого начала протекает в периоде падаюш,ей скорости. [c.139] Из решений (3-2-14) и (3-2-15) видно, что распределение температуры и влагосодержания тела описывается законами параболы. [c.140] При сушке коллоидных тел или влажных материалов с преобладанием осмотически связанной влаги с небольшими интенсивностями влагосодержание равно максимальному гигроскопическому влагосодержанию и , , ( к = м. г)- Начиная с этого влагосодержания, давление пара жидкости в теле уменьшается, что и вызывает уменьшение плотности потока вещества / , т. е. интенсивности сушки. [c.140] Для капиллярнопористых тел значительно больше .г и зависит от скорости углубления зоны испарения внутрь тела. [c.140] Из формулы (3-2-13) видно, что относительное критическое влагосодержание WJWq зависит от критерия Kim и, стало быть, от характерного размера тела. Для тел с малой удельной поверхностью критическое влагосодержание может быть больше начального влагосодержания WJW ) 1). В этом случае на кривой сушки участок, соответствующий периоду постоянной скорости, отсутствует, а скорос1ь уменьшается с самого начала процесса. [c.140] Критерий Коссовича Ко вычисляется непосредственно, так как начальное влагосодержание Wo и температура воздуха 4 заданы, а удельная теплота испарения г при температуре t берется из таблиц или вычисляется по соответствующей формуле. [c.140] Если Принять параболический закон распределения влагосодержания, то критерий Kim может быть вычислен по перепаду соответствующих влагосодержаний. [c.141] В качестве примера приведем данные опыта по сушке глины и форме шара диаметром 4,5 см в термостате при температуре 62° С. Кривые распределения влагосодержания по радиальной безразмерной координате (r/R) в различное время сушки приведены на рис. 3-3. [c.141] Вернуться к основной статье