72388

Дослідження кінетики процесу сушіння дисперсного матеріалу у псевдозрідженому шарі

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

Побудувати криву сушіння дисперсного матеріалу у псевдозрідженому шарі. Визначити графічно на основі дослідних даних швидкість сушіння в першому періоді і коефіцієнт швидкості сушіння в другому періоді. Розрахувати швидкість сушіння в першому періоді теоретично за рівнянням...

Украинкский

2014-11-21

261 KB

2 чел.

Кафедра "Процеси і апарати хімічної технології"

Лабораторна робота № 26

"Дослідження кінетики процесу сушіння дисперсного матеріалу у псевдо зрідженому шарі"

                                                                                                                    Виконав:

ст. гр. ХТ-33

 

 Перевірив   

Гузьова І.Д.

Львів 2010

  1.  МЕТА РОБОТИ
    1.  Побудувати криву сушіння дисперсного матеріалу у псевдозрідженому шарі.
    2.  Визначити графічно на основі дослідних даних швидкість сушіння в першому періоді і коефіцієнт швидкості сушіння в другому періоді.
    3.  Розрахувати швидкість сушіння в першому періоді теоретично за рівнянням (11) і порівняти це значення з отриманим практично.
  2.  ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ

Сушарки з псевдозрідженим (киплячим) шаром належать до одного з найпрогресивніших типів апаратів для конвективного сушіння дисперсних зернистих матеріалів. Останнім часом вони набули застосування і для сушіння пастоподібних матеріалів. Перевага цих сушарок у тому, що псевдозрідження дозволяє створити практично максимальну поверхню контакту між висушуваним матеріалом і газоподібним теплоносієм, оскільки кожна частинка омивається потоком газу.

Кінетика сушіння – це сукупність закономірностей, яка в тій чи іншій формі описує зміну вологості матеріалу протягом сушіння, тобто в часі, залежно від властивостей висушуваного матеріалу і параметрів теплоносія.

Найпростіший шлях вивчення кінетики сушіння – експериментальний. У конкретному процесі сушіння при фіксованих параметрах теплоносія визначають вологість висушуваного матеріалу через різні інтервали часу від початку процесу. Отримані так дані використовують для побудови кінетичних кривих сушіння: "кривої сушіння" (рис.1) і "кривої швидкості сушіння" (рис.2).

"Крива сушіння" – це графічне відображення зміни біжучої вологості матеріалу залежно від часу сушіння.

Для подання вологості матеріалу використовують величини різних розмірностей:

u – вміст вологи в кг, віднесений до 1 кг сухої речовини, кг/кг;

U – те ж саме в % (U = 100u);

w – вміст вологи, віднесений до 1 кг вологого матеріалу, кг/кг;

W – те ж в % (W=100w); цю величину іноді називають "процентною" концентрацією вологи в матеріалі.

Типова крива сушіння показана на рис. 1. На ній можна виділити три характерних ділянки.

1-ша ділянка – період стабілізації температури матеріалу. В кінці цього періоду температура матеріалу наближається до температури мокрого термометра. Вологість матеріалу змінюється незначно.

2-га ділянка – період постійної швидкості сушіння, або "перший період сушіння".

Швидкість сушіння – це зміна вологості матеріалу за одиницю часу.

(1)

Рис. 1 Крива сушіння

Рис. 2. Крива швидкості сушіння

Періоду постійної швидкості відповідає прямолінійна ділянка кривої сушіння вс, тобто . Температура матеріалу в першому періоді сушіння також постійна і дорівнює температурі мокрого термометра.

3-тя ділянка – період падаючої швидкості, або другий період сушіння. Цьому періоду сушіння відповідає криволінійна ділянка кривої сушіння – cd, який при    асимптотично наближається до рівноважної вологості матеріалу Up.

Температура матеріалу зростає, наближаючись при    до температури теплоносія.

Вологість матеріалу, яка відповідає переходу від першого до другого періоду сушіння (ордината точки С на рис. 1), називають критичною вологістю матеріалу.

Швидкість сушіння в першому періоді лімітується швидкістю відведення пари з поверхні матеріалу в ядро потоку теплоносія. У цьому періоді сушіння кількість вологи, що видаляється з висушуваного матеріалу за одиницю часу, віднесена до одиниці поверхні сушіння, практично дорівнює кількості вологи, яка випаровується з відкритої поверхні рідини, температура якої дорівнює температурі мокрого термометра. Вона визначається з рівняння Дальтона:

, (2)

де Gw маса вологи, яка видаляється з матеріалу, кг;

F поверхня матеріалу, що контактує з теплоносієм, м2;

– час сушіння;

– коефіцієнт масовіддачі, с/м;

Р – парціальний тиск водяної пари в ядрі теплоносія, Н/м2;

Ps – парціальний тиск насиченої водяної пари при температурі мокрого термометра, Н/м2.

Величина різниці парціальних тисків на поверхні матеріалу і в ядрі потоку теплоносія – (Ps-P) впливає на величину швидкості сушіння. Цю різницю називають рушійною силою сушіння. Величини Ps і Р можуть бути визначені за допомогою діаграми Рамзіна по відомій температурі і відносному вологовмісту теплоносія (повітря). Коефіцієнт масовіддачі під час висушування матеріалів, зволожених водою при невисоких температурах теплоносія можна вирахувати за наближеним рівнянням:

, (3)

де – швидкість теплоносія відносно поверхні висушуваного матеріалу, м/с.

У псевдозрідженому шарі:

, (4)

де 0 – фіктивна швидкість, тобто швидкість теплоносія віднесена до повного перерізу апарата, м/с.

  – порізність псевдозрідженого шару.

, (5)

де Н0 і Н – висота нерухомого і псевдозрідженого шару, м;

 0 – порізність нерухомого шару.

Поверхня монодисперсною матеріалу визначається так:

Сумарна поверхня всіх n частинок:

F = nFd2, (6)

де d – розмір частинки, м;

 f – коефіцієнт пропорційності (для кулеподібних частинок F = ).

Кількість частинок виразимо через загальну масу і масу одиничної частинки:

(7)

де Gсух – маса сухого матеріалу, кг;

 G1.сух – середня маса одної сухої частинки, кг;

 v – коефіцієнт пропорційності (для кулеподібних частинок v = );

 сух – густина сухого матеріалу.

Підставимо (7) в (6) і отримаємо

,

  об'єм матеріалу. Його можна визначити, знаючі порізність і висоту нерухомого шару матеріалу.

VM = H0S(l  0), (8)

де S – площа перерізу апарата, м2.

Отже, для розрахунку поверхні сушіння отримуємо рівняння

, (9)

Де =  – коефіцієнт форми частинок.

Кількість вологи, що видаляється з вологого матеріалу за час :

Gw = u0  Gcyx  uGсух  (10)

Звідси швидкість сушіння:

Введемо цей вираз в рівняння Дальтона

Для визначення швидкості сушіння в першому періоді (позначимо її N) отримаємо

(11)

Знак "" в рівнянні (11) вказує на те, що вологість матеріалу під час сушіння зменшується.

Швидкість сушіння у другому періоді лімітується швидкістю переміщення вологи у висушуваному матеріалі до його поверхні. У першому наближенні її можна описати рівнянням Ликова-Шервуда

, (12)

де k – коефіцієнт швидкості сушіння, с1.

У другому періоді сушіння рушійна сила визначається як різниця між фактичною і рівноважною вологістю матеріалу: u = u  up.

Розділимо у рівнянні (12) змінні і проінтегруємо його:

Отримаємо

, (13)

Звідси

, (14)

Рівняння (14) описує ділянку кривої сушіння, що відповідає періоду падаючої швидкості сушіння. Якщо рівноважна вологість матеріалу незначна, тобто, якщо uр = 0, то рівняння (14) можна спростити

, (15)

де uкр і кр – критична вологість матеріалу і час. за яке біжуча вологість досягає критичного (див. рис. 1).

  1.  ОПИС УСТАНОВКИ

Рис.3. Принципова схема дослідної установки:

І сушильна камера; 2 газорозподільна решітка; 3 газохід; 4  трубка Піто-Прандтля;

5 мікроманометр; 6 – шибер; 7 – калорифер; 8 – відцентровий вентилятор; 9 – термометр;

10 – люк для завантаження матеріалу; 11 – пробовідбірний патрубок; 12 – оглядове вікно

Установка для сушіння дисперсних матеріалів у псевдозрідженому шарі, рис. 3, містить циліндричну сушильну камеру 1 з газорозподільною решіткою. Теплоносієм є атмосферне повітря, яке підігрівається в електрокалорифері 7. Витрата повітря регулюється шиберами 6. Переміщення повітря через калорифер і сушарку здійснюється відцентровим вентилятором 8.

Температура теплоносія вимірюється скляним термометром 9. Для завантаження матеріалу в сушарку передбачений люк 10.

Псевдозріджений стан утворюється при продуванні теплоносія знизу вверх через шар зернистого матеріалу, розташованого на решітці 2. Спостереження за псевдозрідженим шаром і вимірювання його висоти за допомогою лінійки здійснюється через скляні вікна 12. Відбір проб вологого матеріалу під час сушіння і вивантаження висушеного матеріалу здійснюється через патрубок 11. Патрубок 11 може зміщуватись відносно вивантажувального отвору з камери так, що цей отвір або перекривається наглухо, або з'єднується з приймальною посудиною для відбору матеріалу. Цим забезпечується задана періодичність відбирання проб.

Швидкість руху теплоносія у трубопроводі, а потім і в сушильній камері вираховується по величині гідродинамічного напору, який вимірюється мікроманометром 5, який з'єднаний з трубкою Піто-Прандтля 4. Проби матеріалу відбираються в металеві бюкси. Видалення вологи з проб відбувається в сушильній шафі.

  1.  ПОСЛІДОВНІСТЬ ВИКОНАННЯ РОБОТИ
  2.  У вимірний стакан (мензурку) відібрати 1 літр вологого матеріалу. Долити води до верхнього рівня шару матеріалу, а потім обережно злити її в вимірний циліндр і виміряти об'єм. Об'єм води дорівнює об'єму порожнин у нерухомому шарі зернистого матеріалу.
  3.  Включити вентилятор, відкрити шибери 6, після чого включити калорифер і прогріти установку до заданої температури.
  4.  З вихідного вологого матеріалу відібрати 2-3 проби для визначення його початкової вологості.
  5.  Перекрити шибер 6 і по можливості швидше засипати вологий матеріал в сушильну камеру через люк 10. Відкрити шибер 6, одночасно включити секундомір. Переконатись, що псевдозрідження матеріалу стійке.
  6.  Відібрати проби висушуваного матеріалу, записуючи за секундоміром час відбирання проб. Частота відбирання проб вказується викладачем. Проби відбираються через патрубок 11 у вузькогорлу колбу, щоб уникнути розсипання матеріалу, а потім висипаються в металеві бюкси, які заповнюються приблизно на 2/3 ємності. Для уникнення плутанини, необхідно, щоб номери бюксів збігалися з порядковими номерами проб. Під час відбирання проб, тобто упродовж всього процесу сушіння секундомір не зупиняється.
  7.  Зважити бюкси з пробами і помістити їх у сушильну .шафу. Висушування проб у сушильній шафі триває 40-50 хв. при температурі 130-150 °С. Бюкси з висушеними пробами охолоджуються до кімнатної температури, а потім повторно зважуються.
  8.  Одночасно з відбиранням проб під час сушіння виміряти величину динамічного напору у трубопроводі.
  9.  Результати всіх вимірювань записати в таблиці.
  10.  ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ РОБОТИ
  11.  На міліметровому папері побудувати криву сушіння. Вологість матеріалу, необхідна для цього, визначається за результатами зважування вологих і висушених проб матеріалу.

,

де Ui – вологість матеріалу в і- й пробі;

 gi.вл – маса вологої проби, кг;

 gi.сух – маса проби, висушеної в сушильній шафі.

Примітка: Після нанесення експериментальних точок на графік варто провести плавну лінію так, щоб точки були рівномірно розподілені по обидва боки від неї; при ньому варто орієнтуватись на теоретичну форму кривої сушіння, рис.1.

  1.  Виділити на кривій сушіння ділянки, що відповідають першому і другому періодам сушіння; визначити значення критичної вологості матеріалу.
  2.  За графіком кривої сушіння визначити швидкість сушіння в першому періоді. Для цього на прямолінійній ділянці виділяють дві довільні точки (однією з них може бути критична точка) і визначають для них різницю відповідних координат u і (рис.4.). Експериментальне значення швидкості сушіння буде

  1.  Експериментальні  результати  визначення   біжучої   вологості   для   другого   періоду сушіння записати в окрему табл. 3.

Прологарифмуємо вираз (15):

ln u = ln uкр  k(  кр)

Звідси випливає, що для другого періоду сушіння залежність між ln uі і (і  кр) виражається прямою лінією, тангенс кута нахилу якої до осі абсцис дорівнює коефіцієнту швидкості сушіння.

Обчислити значення ln uі, записати їх в табл.3. За даними таблиці побудувати на міліметровому папері графік в координатах ln uі  (і  кр) (див. рис.5). Пряма лінія проводиться так, щоб експериментальні точки були рівномірно розподілені по обидві її сторони.

Виділити на отриманій прямій дві довільні точки і визначити відповідні різниці координат (ln u) і (  кр).

Коефіцієнт швидкості сушіння

  1.  По величині динамічного напору обчислити максимальну швидкість теплоносія в газоході

де Р – величина динамічного напору, Н/м2;

  – густина повітря за умов сушіння, кг/м3.

 t – температура повітря на вході в сушарку.

Середня швидкість при турбулентному русі повітря визначається за наближеним співвідношенням

Фіктивна швидкість в сушильній камері

де dтр = 0,145 м – діаметр газоходу;

 dk = 0,180 м – діаметр сушильної камери.

  1.  Дійсна швидкість руху повітря в шарі розраховується за рівнянням (4) і (5).
  2.  Розрахувати значення швидкості сушіння в першому періоді, користуючись рівнянням (11):
    1.  коефіцієнт масовіддачі розраховується за рівнянням (3);
    2.  фактор форми можна прийняти таким, що дорівнює х = 3;
    3.  парціальний тиск насиченої пари біля поверхні матеріалу та в ядрі потоку теплоносія визначається по діаграмі Рамзіна. Схема обчислень зображена на рис. 6.

T.A – відображає параметри атмосферного повітря. її положення визначається по температурі t0 та відносній вологості атмосферного повітря – 0.

З точки А проводиться вертикальна пряма (X = const) до ізотерми, яка відповідає температурі повітря на вході в сушарку. Отримують т.В, яка відображає параметри повітря на вході в сушарку. Подальше визначення зображене на рис.6.

  1.  Порівняти теоретичне та експериментальне значення швидкості сушіння в 1-му періоді.
  2.  Зробити висновки за отриманими результатами.

Таблиця 1

Познач. величин

Н0

Н

0

Е

Р

Р

tc

0

D

Розмірність

м

м

м33

м33

кг/м2

Н/м2

C

м/с

м/с

м

Числове значення

0,0106

0,56

0,34

0,875

5

49

53

4,522

5,168

0,005

Познач. величин

сух

(РSР)

uкр

Nексп

Nтеор

К

Розмірність

кг/м3

Н/м2

с/м

кг/кг

1/с

1/с

1/с

Числове значення

1,047

0,649

224107

34,67104

31,106

83,31106

7,1103

Таблиця 2

№ бюкса

1

2

3

4

5

і

с

0

30

60

90

120

gвол+gб

г

10,02

17,08

16,02

16,02

17,06

gсух+gб

г

16,02

17,06

15,99

16,00

17,04

gб

г

9,43

9,35

9,95

10,03

9,42

gводи

г

0,04

0,02

0,93

0,02

0,02

gсух

г

6,58

7,7

5,13

5,99

7,61

u

кг

0,0061

0,0026

0,0038

0,0033

0,0026

Таблиця 3

1

2

3

4

5

і  кр

86,3

56,2

26,3

3,7

33,7

ui

0,0061

0,0026

0,0038

0,0033

0,0026

ln uі

5,1

5,9

5,55

5,7

5,95

  1.  РОЗРАХУНОК


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26518. Основные проблемы и особенности войны северо-американских колоний Англии за независимость и образование США 45.5 KB
  Северовосточные колонии новая Англия территории с ранним развитием ремесел мануфактуры судостроение и судоходство рыболовство. Это колонии которые пошли по буржуазному пути. Среднеатлантические колонии. Южные колонии плантации основанные на труде рабов.
26519. Дискуссии в отечественной и зарубежной историографии о периодизации ВФ буржуазной революции, ее характере, движущих силах и итогах 44 KB
  Ленин развил мысли Маркса и Энгельса; показал решающую роль крестьянства и плебейского элемента городов в победе революции высоко оценил роль якобинцев и диктатуры. революции роль перешла к историкам радикального направления. атлантической революции.
26520. Проблемы якобинской диктатуры в историографии 34 KB
  Якобинцы: Террор декрет о подозрительных каждый кто своими делами помыслами мешает революции подлежит суду в лице революционного трибунала Якобинцам нужно накормить город установить республику Закон о реквизициях обещали в будущем заплатить оставляли только семейный запас. принудительный займ у богачей в 1млрд франков Вся нация мобилизовалась до полной победы революции Попытка ввести новую религию. Революции восходящей линии см. 20 века стали задаваться вопросом о классовой природе революции чьи интересы она...
26521. Внутренняя и внешняя политика Фр. в период консульства и 1-й империи Наполеона. Наполеоновская эпоха в исторической науке 38.5 KB
  давно мечтал о власти; Манфред: чтобы не проиграть. Для закрепления своей власти Н. оставалась республикой но власть в руках 1го консула главнокомандующий армией назначал членов всех органов законодательной власти выбирал их из кандидатов которые избирались гражданами на 5 лет он назначал перфекты заменивших местное самоуправление назначал министров которые ему непосредственно подчинялись. начались 100 дней период кратковременного возвращения Бонапарта к власти.
26522. Революции 1848-1849 гг. в Европе. Общие черты и особенности 74.5 KB
  Австрийская монархия: препятствием для развития был национальный гнет т. было насильственно объединены разные национальности т. задачей революции являлось создание независимых национальных государств. Германия: нац объединение освобождение крестьян уничтожение феодализма.
26523. Объединение Германии и Италии. Общие черты и особенности 30 KB
  Малогерманский вариант во главе с Пруссией и без Австрии; 2. Бисмарк предложил Австрии и Пруссии воевать с Данией и в результате войны Шлезенгер отошел Пруссии а Гольдштейн Австрии. Здесь Бисмарк резко заявил что доводить до конца не надо а от Австрии потребовать только отказ от объединения Германии вокруг Австрии. Перед ними стояла цель надо найти союзника для того чтобы избавиться от гнета Австрии.
26524. Движущие силы, характер, периодизация и итоги Второй Американской революции 43.5 KB
  поделили в пользу Юга территорию к западу от р. активизировалось движение против рабства аболиционисты они организовывали тайные маршруты для беглецов с Юга. в отличие от юга здесь индустрия работала на полную мощность на благо фронту. Осенью взяли промышл центр Юга Атланту.
26525. Франко-германская война 1870-1871 гг. и парижская Коммуна 1871 г. и их место в историческом процессе 40 KB
  Прусская война была осознана в Германии как война за национальное существование и независимость поэтому против Фр. провозглашена республика создано Вп Нац обороны в которое вошли представители политические силы оппозиционные империи. прошли выборы в Нац Собрание которое должно было утвердить прелиминарный мирный договор формальное согласие м д воюющими государствами относительно прекращения военных действий соглашение установления условий прекращения огня в общей форме очерчивается предполагаемая территория договариваются о судьбе...
26526. Общие черты и особенности эк. и П. развития стран Западной Европы и США в конце 19- начале 20 века 61.5 KB
  Внедрение капиталистического производства вызвало ряд изменений: 1. По темпам ежегодного приращивания производства 1 место США 2 место Германия. Еще 1й закономерностью развития стран было образование монополий добровольных объединений независимых предпринимателей обладающие исключительным правом производства или торговли. переход от независимого производства к концентрации производства: спрос = предложение = прибыль = обострение конкуренции = нерегулируемое производство = кризис перепроизводства = концентрация производства.