- •1.7. Первый закон термодинамики
- •1.9.2. Цикл Карно
- •2.1. Понятие о процессе парообразования
- •4.1. Основные понятия о тепловой обработке
- •4.2. Классификация способов тепловой обработки
- •4.5.3. Массообмен
- •4.9.2. Обеспечение применения ЭВМ
- •4.9.3. Принципы моделирования
- •6.2. Причины движения жидкости
- •5.3.1. Аэро- и гидродинамическое сопротивление каналов и трубопроводов
- •РАЗДЕЛ 4. ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИЕ УСТАНОВКИ
- •7.1. Классификация тепловых генераторов
- •7.2. Принципы использования тепловых генераторов для сушильных установок
- •8.2. Понятие о двигателях внешнего сгорания
- •9.1.1. Кинетика сушки влажных материалов
- •9.2. Система: материал — сушильная установка
- •9.2.1. Разработка математической модели системы: материал — сушильная установка
- •9.4. Принципы теплового и аэродинамического расчета сушильных установок
- •9.4.1. Расчет материального баланса
- •РАЗДЕЛ 7. ОБЖИГ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ
- •10.5. Система: материал — обжиговая установка
- •11.2.2. Шахтные печи, работающие на природном газе
- •11.2.3. Печи кипящего слоя
- •11.3. Печи для обжига искусственных заполнителей бетона
- •13.2. Установки периодического действия
- •13.2.1. Камеры ямного типа
- •13.2.3. Пакетные установки
- •13.3.2. Вертикальные пропарочные камеры
- •РАЗДЕЛ 9. ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ УСТАНОВОК
- •14.1. Основные понятия о системе автоматического регулирования
быть выше, чем температура материала Гм. Требование к повышенной температуре сушильного агента объясня ется увеличением возможностей сушильного агента к ассимиляции влаги от материала.
9.1.1. Кинетика сушки влажных материалов
Возьмем лабораторную сушилку 2 и поместим на весы 3 материал (изделие) 6 (рис. 9.1). Изделие снаб жено термопарами 4, заделанными в центр и в поверх ностный слой. По стрелке 5 подаем в сушилку нагретый сушильный агент, а отработанный отсасывается венти лятором 1. Материал 6 отдает влагу, сушильный агент эту влагу ассимилирует и выводит из установки. Если снабдить весы и термопары самопишущими устройства ми, а их запись представить в координатах: по оси абсцисс время сушки /, по оси ординат масса G и тем пература Т материала, то кривые будут иметь вид, пред ставленный на рис. 9.2.
Так как никаких химических реакций и превращений в материале при сушке не происходит, то можно счи тать, что кривая 1 показывает изменение массы влаги в материале. От точки G0 до точки а количество влаги, удаляемое в единицу времени, возрастает. Одновремен но (см. кривую 2) повышается температура материала, и в точке а' температура поверхности Тп достигает точ ки росы— температуры сушильного агента по мокрому термометру Тмт. Период возрастающей влагоотдачи с одновременным нагревом поверхности материала до точ ки а' называют первым периодом сушки, или периодом нагревания материала. Этот период кратковременный.
От точки а влагосодержание начинает уменьшаться с одинаковой скоростью до точки b, при этом температу ра поверхности материала до точки Ь' не изменяется. Указанное объясняется испарением влаги с поверхности, на что расходуется подводимая к материалу теплота. В этот же период температура в центре материала Тц повышается и сравнивается с температурой поверхности
(точка М), Тп = Тп.
Второй период носит название периода постоянной скорости сушки материала. Точка Ь, характеризующая окончание этого периода, одновременно соответствует критическому влагосодержанию материала. Под крити ческим влагосодержанием материала понимают такое
Рис. 9.2. Кривые изменения среднего влагосодержания и темпера туры в процессе сушки
7 —кривая изменения массы; 2— то же, температуры; Go и 70 —соответст венно начальные масса и температура
его состояние, при котором заканчивается его усадка. Продолжительность периода постоянной скорости сушки обозначена на оси отрезком /2—1\.
Начиная от точки b (см. кривую /), количество испа ряемой влаги с поверхности материала за единицу вре мени начинает снижаться. В точке V (см. кривую 2) в этот же момент времени начинает резко возрастать тем пература поверхности материала Тп, а за ней и темпе ратура центральных слоев материала Тп. Физический смысл повышения температуры объясняется отсутствием
влаги на поверхности. К этому времени общее количест во влаги в материале уменьшается, влага к поверхности испарения подается все медленнее, и поверхность испа рения как бы перемещается внутрь материала. Пар об разуется уже не на поверхности, а на каком-то от нее расстоянии, в глубине материала, и диффундирует через слой материала, покидает его, ассимилируясь сушиль ным агентом. Постепенно влага покидает материал, а температура поверхности и центра материала асимпто тически приближается к средней температуре сушильно го агента Гса, работающего в сушилке.
Обычно процесс сушки не ведут до полного удаления влаги, а заканчивают значительно раньше. Проведем на рис. 9.2 прямую KNy перпендикулярную оси t, и будем считать, что именно на этом отрезке времени /к от нача ла сушки изделие выгружают из сушилки. При этом масса выгружаемого материала составит GK, темпера тура поверхности материала Тс, а температура центра материала Тс,т Изменяя длительность третьего перио д а — периода падающей скорости сушки, можно регули ровать необходимую конечную влажность выгружаемо го материала.
Обычно конечную влажность материала выбирают по соображениям технологии или сушат до так называемо го равновесного состояния, когда парциальное давление водяных паров у поверхности материала соответствует парциальному давлению водяных паров в окружающей среде.
9.1.2. Тепло- и массообмен. Напряженное состояние в материале при сушке
При сушке между сушильным агентом и поверх ностью материала осуществляется процесс внешнего тепло- и массообмена по формулам: q=au(Tc&—Тпм) и qm= $m(p'mi— р'са) [см. формулы (4.34) и (4.33)]. Для данного случая температура теплоносителя Гт заменена температурой сушильного агента Тса, ибо теплоносите лем здесь является сушильный агент. Движение влаги к поверхности материала осуществляется за счет возни кающих в материале градиентов влагосодержания V Uy
температуры V Г и давления |
V р. Суммарный |
поток |
влаги qBm определяется по |
формуле (4.45): |
<7вт = |
= q Bmu+qBmT+qBmp) |
поток теплоты |
внутрь материала |
определяется по формуле (4.44): q \ = —h V T + iq Bm. |
||
В процессе сушки за счет перепадов влагосодержа- |
||
ния AU, температуры |
АТ и давления |
Ар в материале |
возникает напряженное состояние; причем напряженное состояние будет возрастать с увеличением перепадов AU, АТ и Ар.
Для безопасной скорости сушки в первую очередь необходимо, чтобы перепад влагосодержания AU не воз растал, а это возможно только в том случае, если к по верхности испарения будет подводиться столько же вла ги, сколько испаряется с поверхности. Но каждый мате риал обладает определенной способностью пропускать влагу, т. е. массопроводностью. Массопроводность мате риала зависит от свойств материала, его плотности и ха рактера пористости (поры закрытые, открытые). Следо вательно, для каждого материала существует своя мас сопроводность.
Движение влаги внутри материала к поверхности ее испарения есть функция от V U, V Т и V р [см. форму лу (4.45)]. Изменение скорости нагрева материала вле чет за собой изменение значений V Т и V р. Перерас пределение потоков влаги внутри материала вызовет и изменение V V. Отсюда при увеличении начальной тем пературы сушильного агента и скорости его течения ко личество влаги, удаляемой с поверхности, будет воз растать.
Как указывалось, максимальная возможность мате риала пропускать влагу к поверхностям испарения опре деляется его массопроводностью, при которой напряжен ное состояние его будет соответствовать его прочност ным характеристикам. Если материал не будет иметь возможность пропускать влагу, она начнет разрушать сначала наиболее слабые поры, перегородки, затем и всю структуру материала. Напряженное состояние, воз никающее при этом, будет выше прочностных характе ристик материала. Следовательно, для каждого мате риала (изделия) существует какая-то своя безопасная скорость сушки — скорость удаления влаги с поверхно стей испарения, при которой материал может пропускать
без нарушения структуры влагу |
из центральных |
слоев |
к поверхности. |
|
|
Отсюда для расчета безопасной скорости сушкН не |
||
обходимо рассчитать безопасную |
скорость подвода |
вла |