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

1 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

81810. Этика науки и ответственность учёного. Нормы научной деятельности и расширение этоса науки 43.55 KB
  Нормы научной деятельности и расширение этоса науки. В процессе вершения науки этически оцениваемые объекты производят этически оцениваемые деяния и тогда деяния порождают этически оцениваемые отношения а объекты становятся субъектами этих отношений. Римскими цифрами обозначены классы отношений: I – личные отношения ученых; II – заочные отношения ученых внутри мира науки; III – отношения между миром науки с одной стороны и человечеством и природой – с другой.
81811. Сциентизм и антисциетизм. Наука и паранаука 34.61 KB
  Эйнштейн ищут основания знания в философии и художественной литературе. Анти-фундаменталистская тенденция просматривается в истолковании всех важнейших областей научного познания: математического естественнонаучного гуманитарного. В то время как сциентизм базируется на абсолютизации рациональнотеоретических компонентов знания антисциентизм опирается на ключевую роль этических правовых культурных ценностей по отношению к идеалу научности. Следует отметить направление теории познания имеющее долгую историю в котором акцент делается на...
81812. Наука как социокультурный феномен. Становление науки как социального института 38.59 KB
  Становление науки как социального института. Именно деятельностное понимание науки особо отмечал В. Вернадский: Ее содержание не ограничивается научными теориями гипотезами моделями создаваемой ими картиной мира в основе она главным образом состоит из научных фактов и их эмпирических обобщений и главным живым содержанием является в ней научная работа живых людей Во втором истолковании когда наука выступает как система знаний отвечающих критериям объективности адекватности истинности научное знание пытается обеспечить себе...
81813. Историческое развитие институциональных форм научной деятельности. Научные сообщества и их исторические типы 37.76 KB
  Возникновение науки как социального института связывают с кардинальными изменениями в общественном строе и в частности с эпохой буржуазных революций которая дала мощный толчок развитию промышленности торговли строительству горному делу мореплаванию. Способы организации и взаимодействия ученых менялись на протяжении всего исторического развития науки. Само существование науки в качестве социального института говорило о том что в системе общественного разделения труда она должна выполнять специфические функции а именно отвечать за...
81814. Наука и экономика. Наука и власть.Проблема государственного регулирования науки 28.08 KB
  Проблема государственного регулирования науки. Отношения науки и экономики всегда представляли собой большую проблему. Традиционное представление о том что технология является неотъемлемым приложением науки сталкивается с эмпирическими и практическими возражениями. Однако если прикладные науки обслуживая производство могут надеяться на долю в распределении его финансовых ресурсов то фундаментальные науки напрямую связаны с объемом бюджетного финансирования и наличием тех планов и программ которые утверждены государственными структурами.
81815. Поиск нового типа цивилизационного развития и новые функции науки в культуре 42.75 KB
  Наука действительно являет собой сложный полиструктурный организм целый мир в недрах которого бушуют познавательные страсти схлестываются несовместимые точки зрения ведется кропотливая экспериментаторская и теоретическая работа. Наука обладает способностью поглощать своих субъектов делать их фанатиками исследования. Однако на самом деле наука лишь один из видов человеческой соотнесенности с миром возникший исторически довольно поздно и выполняющий в жизни общества совершенно конкретные функции. Коренное различие состояло в том что...
81816. Роль науки в преодолении глобальных проблем современности 27.77 KB
  Ученые во всеуслышание заявляют о глобальных проблемах современности к которым относят проблемы охватывающие систему мир человек в целом и которые отражают жизненно важные факторы человеческого существования. Глобальные проблемы имеют не локальный а всеохватывающий планетарный характер. К глобальным проблемам современности относят экологические демографические проблемы войны и мира проблемы кризиса культуры. В силу этого глобальные проблемы должны решаться комплексно координированно усилиями всего мирового сообщества.
81817. Предмет современной философии науки 31.34 KB
  Создавая образ философии науки следует четко определить о чем идет речь: о философии науки как направлении западной и отечественной философии или же о философии науки как о философской дисциплине наряду с философией истории логикой методологией культурологией исследующих свой срез рефлексивного отношения мышления к бытию в данном случае к бытию науки. Философия науки как направление современной философии представлена множеством оригинальных концепций предлагающих ту или иную модель развития науки и эпистемологии. Она сосредоточена на...
81818. Понятие науки. Основные аспекты бытия науки 34.37 KB
  Наука как социальный институт или форма общественного сознания связанная с производством научнотеоретического знания представляет собой определенную систему взаимосвязей между научными организациями членами научного сообщества систему норм и ценностей. Они участвуют в разнообразных формах научного общения дискуссии конференции издания монографии учебники читают лекции и т. Выделим самые характерные черты научного знания. Еще Кант в качестве неотъемлемой черты науки отмечал систематичность научного знания: именно этим как он...