Задачі до теми «стан та параметри повітря як сушильно-зволожувального агента»

Задача 1. Визначити вологовміст і приведену ентальпію для стану повітря з температурою 60 ^оС, відносною вологістю 50 % і барометричним тиском 745 мм рт.ст. (99,1 кПа).

Задача 2. Які температура і вологовміст стану повітря, якщо густина водяної пари ρ_пар = 118,77 г/м³ , парціальний тиск Р_пар = 1911,36 кгс/м² (18731 Па) і барометричний тиск Р_б = 745 мм рт.ст. (99,1 кПа)?

Задача 3. Який потенціал сушіння Δd у повітря з параметрами: t₁ = 60 ^оC, φ₁ = 20 %, t_м = 34,8 ^оС і Р_б = 745 мм рт.ст. (99,1 кПа)?

Задача 4. При температурі повітря t = 55 ^оC, вологовмісті 1 кг сухого повітря d = 25 г і Р_б = 745 мм рт.ст. (99,1 кПа) розрахувати парціальний тиск і густину водяної пари.

Задача 5. Визначити параметри повітря t₁, I₁, φ₁ після нагрівання в калорифері, якщо його параметри до нагрівання t₀ = 40 ^оC, φ₀ = 70 %. Приріст приведеної ентальпії за час нагрівання 1 кг сухого повітря становить ΔI = 9,8 ккал (41,4 кДж).

Задача 6. Параметри стану 1 кг сухого повітря d = 50 г та І = 50 ккал (209,5 кДж). Визначити φ, t, P_пар, V_пр при Р_б = 745 мм рт.ст. (99,1 кПа).

Задача 7. Визначити густину і газову сталу (постійну) вологого повітря, якщо відомо: t = 45 ^оC, φ = 10 % та Р_б = 725 мм рт.ст. (96,4 кПа).

Задача 8. Температура і вологовміст 1 кг сухого повітря відповідно 70 ^оС і 42,2 г. Визначити I, P_пар, φ, t_м, t_р і Δt.

Задача 9. Знаючи температуру t = 75 ^оC і вологовміст 1 кг сухого повітря d = 24,5 г, визначити: φ, Р_пар, І, t_р, Δt, І_р, і ΔІ.

Задача 10. Визначити потенціал сушіння і на основі цього зробити висновок про інтенсивність процесу для таких варіантів:

1) Температура t = 80 ^оC, відносна вологість повітря φ = 5; 10; 15 %;

2) Вологовміст 1 кг сухого повітря d =40 г і температура t = 60; 70; 80 ^оС;

3) Відносна вологість повітря φ = 5 % і температура t = 70; 80; 90 ^оC.

Лабораторна робота №2. ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ СУШІННЯ ЛЛЯНОЇ ТРЕСТИ ПРИ РІЗНИХ СПОСОБАХ ЗАВАНТАЖЕННЯ

 

Мета роботи – вивчити статику і кінетику процесу сушіння лляної трести при горизонтальному та вертикальному розташуванні стебел відносно напряму руху сушильного агента.

 

Стислі теоретичні відомості

Вологий матеріал

Маса вологого матеріалу являє собою суму мас абсолютно сухого матеріалу і вологи, кг:

G = G_c + G_вол. (2.1)

де G_c - маса абсолютно сухого матеріалу, кг;

G_вол. – маса вологи, кг.

 

Наявність певної кількості вологи в матеріалі характеризують поняття:

- відносна вологість, %:

(2.2)

- абсолютна вологість, %:

(2.3)

- або вологовміст на 1 кг сухого матеріалу, кг вологи:

(2.4)

Частіше використовується поняття вологовмісту і абсолютної вологості, оскільки мають у своїй основі сталу (постійну) величину – масу абсолютно сухого матеріалу. Це дозволяє виконувати будь – які дії з даними характеристиками вологості матеріалу.

Зв'язок між поняттями відносної вологості і вологовмісту:

Існує ряд залежностей, які характеризують зміну маси матеріалу в процесах сушіння і зволоження:

G₁ = G_c (1+U₁);

G₂ = G_с (1+U₂);

;

;

де W – швидкість випаровування вологи, кг/год.;

G₁, G₂ – маса матеріалу відповідно до і після процесу, що розглядається, кг;

U₁,U₂ – вологовміст на 1 кг сухого матеріалу відповідно до і після процесу, що розглядається, кг вологи.

 

Процес сушіння матеріалу

Сушіння лляної трести являє собою складний теплофізичний процес, який обумовлюється різними явищами, що відбуваються в матеріалі і в оточуючому його середовищі.

Всі дослідження процесів сушіння і зволоження можна поділити на три частини:

1. Статика сушіння і зволоження, тобто стан рівноваги між матеріалом і навколишнім середовищем. В цьому випадку вивчають ізотерми сорбції і десорбції;

2. Кінетика сушіння і зволоження – дослідження швидкості і характеру процесу в залежності від параметрів режиму сушіння і зволоження;

3. Динаміка сушіння і зволоження – дослідження механізму руху вологи, вивчення фізико - механічної сутності процесу.

Процес сушіння капілярно-пористих колоїдних матеріалів, до яких відноситься лубоволокниста сировина, досить повно характеризується кривими сушіння, кривими швидкостей або інтенсивності сушіння, а також кривими температури матеріалу.

Відношення маси вологи, яка випаровується за певний час при на даному режимі сушіння до площі поверхні випаровування, називається середньою інтенсивністю сушіння, кг/(м²×ч):

(2.5)

де ΔG = G₂ – G₁;

G₂, G₁ – маса матеріалу відповідно після і до сушіння, кг;

G_c - маса абсолютно сухого матеріалу; кг;

F – геометрична площа поверхні випаровування – сума площ поверхні всіх стебел матеріалу, розташованих на поверхні випаровування сушарки, м²;

ΔU - змінення вологовмісту за проміжок часу Δτ, кг вол./кг сух.м.

 

Якщо віднести втрату вологи не до площі поверхні випаровування, а до абсолютно сухого матеріалу, то одержимо середню швидкість сушіння :

(2.6)

де ΔG = G_c × ΔU.

 

Криві сушіння показують змінення ΔU середнього інтегрального значення вологовмісту матеріалу в часі τ. Ці криві позначаються U = f (τ) і будуються за експериментальними даними.

Криві швидкості та інтенсивності сушіння характеризують зміну швидкості в годинах в мінус першому ступені або кг/год. (1 кг сухого матеріалу), або інтенсивність сушіння в кілограмах на метр квадратний – годину в залежності від зміни загального U надлишкового вологовмісту матеріалу U – U_{р .} Ці криві будують по кривим сушіння, причому швидкість або інтенсивність його визначають аналітичним методом як середнє значення за окремі невеликі проміжки часу:

μ = f (U) m = f (U)

Швидкість сушіння також можна знайти методом графічного диференціювання як тангенс кута, утворюваного дотичною, яка проведена через дану точку кривої сушіння. Даний метод спрощує розрахунок швидкості сушіння, але не досить точний, дає велику похибку.

Криву швидкості або інтенсивності сушіння будують звичайно як функцію середнього загального вологовмісту або середнього надлишкового вологовмісту матеріалу: μ = f (U) або μ = f (U - U_p). Крива швидкості сушіння, постійна, як функція вологовмісту матеріалу, не може бути використана для визначення середньої швидкості сушіння в даному інтервалі вологовмісту ΔU. Ця крива служить лише для встановлення зв’язку і залежності швидкості сушіння від вологовмісту матеріалу і для виведення необхідних закономірностей.

Криві швидкості сушіння характеризують процес видалення вологи різних видів. В основному весь процес сушіння більшості матеріалів поділяється на два основних періоди сталої (постійної) швидкості сушіння (горизонтальна ділянка кривої швидкості сушіння) і зменшуваної швидкості сушіння (похила крива). Похила ділянка кривої може мати декілька точок перегину, які називаються критичними точками. Ділянки кривої між окремими критичними точками характеризують процес видалення вологи того чи іншого виду.

 

 

Експериментальна частина

 

Вживані прилади та матеріали: експериментальна лабораторна сушильна установка; наважки трести; чашковий анемометр; мікроманометр ММ-1; термометри; лабораторні терези.

Порядок виконання роботи:

1. Приготувати наважку трести масою G = 50 г. Довжина зразка повинна відповідати геометричним розмірам рамки, в якій буде проходити сушіння в сушильній камері лабораторної установки. Виходячи з геометричних розмірів рамки і маси трести визначити щільність завантаження трести, кг/м²:

(2.7)

 

2. На стенді сушильної установки встановити рукоятку нагрівача у положенні 1-2, сушильну установку розігріти до моменту досягання постійних значень температур сухого t_c і мокрого t_м термометрів при увімкненому вентиляторі.

3. Після повного розігріву сушильної установки при вимкненому вентиляторі установити рамку з трестою в сушильній камері, щоб шар трести розмістився перпендикулярно до потоку повітря. Зняти показання параметрів сушильного агента, рамку з трестою зважити на важільних терезах, встановлених у сушильній камері для визначення G₀. Режим сушіння записати в табл. 2.1, розрахувати значення відносної вологості φ, швидкості руху повітря v, виходячи з даних термометрів t_c і t_{м .} Через 3 хв., не витягуючи рамки з сушильної камери, визначити масу рамки з трестою. Такі визначення маси треба виконувати через кожні наступні 3 хв. до уставлення постійної маси. Значення маси в певні проміжки часу занести до табл. 2.1.

 

 

Таблиця 2.1

Зміна маси і вологості матеріалу, що піддається сушінню

при горизонтальному завантажені

τ, хв.	Режим сушіння: t, φ, d, v, Pc.
G, г	U, г вологи / кг сухого матеріалу	ΔU, г вологи / кг сухого матеріалу	Δτ, хв.	μ, г/хв.

 

4. Провести аналогічний дослід при розміщенні наважки трести в рамці вертикально - паралельно потоку повітря. Результати занести до табл. 2.2.

Таблиця 2.2

Зміна маси і вологості матеріалу, що піддається сушінню при вертикальному завантажені

τ, хв.	Режим сушіння: t, φ, d, v, Pc.
G, г	U, г вологи / кг сухого матеріалу	ΔU, г вологи / кг сухого матеріалу	Δτ, хв.	μ, г/хв.

 

5. За масу абсолютно сухого матеріалу G_c прийняти масу матеріалу, висушеного до постійної маси. На основі маси сухого матеріалу та маси висушеного матеріалу за певний період сушіння розраховувати вологовміст матеріалу за наступною формулою, г (на 1 г сухого матеріалу):

(2.8)

де G_i – маса матеріалу під час сушіння за проміжки часу τ, г.

Результати занести до табл. 2.2

6. За даними дослідів аналітичним шляхом розрахувати за формулою (2.6) швидкість сушіння як середнє значення вологовмісту за окремі невеликі проміжки часу.

Побудувати криві сушіння: U = f (τ) або G = f (τ).

7. Методом графічного диференціювання розрахувати криву швидкості сушіння μ = f (τ). На цій кривій визначити період постійної і зменшуваної швидкості та знайти критичні точки. Порівняти тривалість, швидкість та інтенсивність сушіння при різних видах завантаження.

Контрольні питання

1. Дати визначення вологості і вологовмісту матеріалу.

2. Що таке сушіння. Криві швидкості та інтенсивності сушіння?

3. Проаналізувати розрахунок швидкості та інтенсивності сушіння.

4. Що означають періоди постійної та зменшуваної швидкості сушіння?

5. Навіщо визначають критичні точки на кривих сушіння?