XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

По своей физической сущности сушка является сложным диффузион­ным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду. Удаление влаги при сушке сводится к перемещению тепла от поверхности частиц материала к их центрам, и перемещению влаги изнутри частиц материала к их переносу поверхности при одновременном испарении и переходу паров в сушильный агент. Таким образом, процесс сушки является сочетанием связанных друг с другом процессов тепло- и массообмена (влагообмена).

Высушиваемый материал при любом методе сушки находится в кон­такте с влажным газом (в большинстве случаев воздухом). При конвек­тивной сушке влажному газу, являющемуся одновременно сушильным агентом (нагретый воздух или топочные газы), при­надлежит основная роль в процессе – сушильный агент, проходя через объем сушильного аппарата непосредственно контактирует с высушиваемым материалом, передавая ему тепло и унося водяные пары. В связи с этим изучение свойств сушильного агента необходимо при рассмотрении процессов сушки и их расчетах.

В данной работе представлены результаты вывода уравнений для определения температуры испарения влаги из высушиваемого материала от энтальпии сушильного агента при конвективной сушке в режиме постоянных скоростей. При этом влагосодержание сушильного агента изменялось в диапазоне от 0 до 0,03 кг/кг сухого воздуха.

По диаграмме состояния влажного воздуха (см. рисунок 1) определяем соответствующие рассматриваемым в работе влагосодержаниям сушильного агента Х температуры адиабатического насыщения t_ан и энтальпии сушильного агента I при изменении температуры сушильного агента на входе в сушилку от 10 до 100 ^оС. Полученные данные представлены в таблице.

Таблица – Параметры сушильного агента

Рисунок 1 – Диаграмма состояния влажного воздуха I-х

(диаграмма Рамзина)

По полученным данным строим диаграмму зависимости температуры адиабатического насыщения от энтальпии сушильного агента (см. рисунок 2), из которой видно, что зависимость близка к линейной.

Рисунок 2 – Зависимость температуры адиабатического насыщения

от энтальпии сушильного агента

Для линеаризации полученной зависимости строим данную зависимость в логарифмических координатах (см. рисунок 3).

Рисунок 3 – Зависимость температуры адиабатического насыщения

от энтальпии сушильного агента в логарифмических координатах

Видно, что зависимость в логарифмических координатах приняла более линейную зависимость.

Для зависимости при каждом рассматриваемом значении влагосодержания строим отдельный график и по методу наименьших квадратов определяем линейные зависимости и коэффициенты корреляции для них.

Полученные графики представлены на рисунках 4-10. Как видно из графиков коэффициенты корреляции для каждой зависимости превышают близки к единице, а, следовательно, полученные зависимости достоверны.

Рисунок 4 – Зависимость температуры адиабатического насыщения

от энтальпии сушильного агента в логарифмических координатах

при влагосодержании воздуха Х = 0,000 кг/кг

Рисунок 5 – Зависимость температуры адиабатического насыщения

от энтальпии сушильного агента в логарифмических координатах

при влагосодержании воздуха Х = 0,005 кг/кг

Рисунок 6 – Зависимость температуры адиабатического насыщения

от энтальпии сушильного агента в логарифмических координатах

при влагосодержании воздуха Х = 0,010 кг/кг

Рисунок 7 – Зависимость температуры адиабатического насыщения

от энтальпии сушильного агента в логарифмических координатах

при влагосодержании воздуха Х = 0,015 кг/кг

Рисунок 8 – Зависимость температуры адиабатического насыщения

от энтальпии сушильного агента в логарифмических координатах

при влагосодержании воздуха Х = 0,020 кг/кг

Рисунок 9 – Зависимость температуры адиабатического насыщения

от энтальпии сушильного агента в логарифмических координатах

при влагосодержании воздуха Х = 0,020 кг/кг

Рисунок 10 – Зависимость температуры адиабатического насыщения

от энтальпии сушильного агента в логарифмических координатах

при влагосодержании воздуха Х = 0,020 кг/кг

По данным в логарифмических координатах строим общую зависимость для всех точек и получаем общее уравнение (см. рисунок 11).

Рисунок 11 – Лимитированная зависимость температуры адиабатического насыщения от энтальпии сушильного агента в логарифмических координатах

Коэффициент корреляции полученной зависимости превышает значение 0,99 и близок к единице, а, следовательно данное уравнение позволяет проводить расчеты с достаточно высокой степенью точности.

Таким образом, в результате работы были получены уравнения для определения температур адиабатического насыщения через значения энтальпии сушильного агента при различных значениях влагосодержания сушильного агента (воздуха). Было получено обобщенное уравнение, позволяющее с высокой степенью точности определять температуру адиабатического насыщения, соответствующую температуре мокрого термометра, при которой начинается испарение влаги в высушиваемом материале. Данное уравнение может быть рекомендовано для расчетов при моделировании процессов сушки и обработки экспериментальных данных.

Список литературы

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Альянс, 2005. – 750 с.

2. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен: учебник для вузов. – М. Издательский дом МЭИ, 2011. - 562 с.

3. Романков П.Г., Фролов В.Ф., Флисюк О.М. Массообменные процессы химической технологии: Учеб. пособие. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2011. - 440 с.

4. Разинов А.И., Суханов П.П. Процессы массопереноса с участием твердой фазы: учебное пособие - Казань: издательство КНИТУ, 2012. - 96 с.

5. Рудобашта С. П., Карташов Э. М. Диффузия в химико-технологических процессах. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: КолосС, 2013. - 478 с.

6. Фролов В.Ф. Лекции по курсу Процессы и аппараты химической технологии. - 2-е изд., истр. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2008. - 608 с.