Глава 10 Сушіння

Посилання на підрозділ "Операції хімічної інженерії" В.Л. Маккейба, Дж. С. Сміта та П. Гарріотта (7-е видання) Розділ 24

Корисність сушіння Більшу частину часу: Видалення води з твердого середовища Можна також застосовувати для інших рідин Сушіння: видалення невеликої кількості води Випаровування: видалення великої кількості Проблема з сушінням: Термічний процес і дорогий Однак, часто неминучий

Загальні методи сушіння. Періодична сушка: Матеріал, що вставляється в сушарку, Сушиться протягом певного періоду. Безперервне сушіння: Матеріал постійно вставляється і видаляється. Три типи сушіння: Додавання тепла при атмосферному тиску повітрям Додавання тепла під вакуумом Холодне сушіння

Сушарка для відсіків Тверда тісто або з агломератами Поміщена на перфоровану металеву поверхню Глибина 10-100 мм Повітря нагрівається водяною парою Циркулює вентилятором Контейнери мобільні Можна перфорувати: збільшує поверхню контакту

Сушарка для відсіків - вакуумна Та сама концепція, що і попередня За винятком того, що конструкція водонепроникна Радіаційний теплообмін Для низькотемпературних операцій: гаряча вода використовується для випаровування, а не водяної пари Корисно: Дорогі матеріали

Тунельна сушарка (безперервна) Суцільна сушарка Тверді речовини розміщуються: На конвеєрі У металевій ємності Повітря може циркулювати: Струм одночасний, протиточний або комбінований При використанні твердих частинок: Нижня сторона конвеєра перфорована

Ротаційні барабанні сушарки Циліндр із порожнім центром Трохи нахилений до випускного отвору Тверді речовини потрапляють через найвищу частину. Вони рухаються з обертанням до вихідного отвору Гарячий газ циркулює у протитоці

Барабанні сушарки Циліндр тут повний Твердий матеріал, який потрібно висушити, розміщується на поверхні Твердий матеріал таким чином висушується, а потім його зішкрібають з поверхні ножем Корисно для: Шлам та пасти Тонкі суспензії

Сушіння розпиленням Рідина або суспензійний розчин випаровується в потоці гарячого газу по краплях Площа контакту збільшується: Рідина швидко випаровується Залишаючи нас твердим тілом Гарячий газ можна додати: Струм, проти струм, у поєднанні Один точка: Не допускайте прилипання крапель до поверхні

Сушіння врожаю та зерна Для сушіння зерна: Оригінальна біомаса містить 30-35% вологи Потрібно 13% зберігання для зберігання Сушарка дозволяє нагрівати першу частину Потім охолоджує зерна у другій

Тиск пари води Зволоження: передбачає перенесення води з рідини в газ Зволоження Зменшує зворотну передачу. Обидва терміни також застосовуються до інших рідин. Більшість застосувань з водою

Діаграма фаз

Вологість і графіки Вологість повітряно-водяної суміші: кг води на кг повітря Ця вологість залежить від: Частковий тиск водяної пари в повітрі Також залежить від загального тиску P Передбачається, що це останнє значення еквівалентно 101,325 кПа Для наступних рівнянь: Ми використовуємо молярну масу води: 18,02 г/моль Ми використовуємо молярну масу повітря: 28,97 г/моль

Розрахунок вологості Ми спираємось на таке рівняння: Насичене повітря - це повітря або водна пара знаходиться в рівновазі між рідкою та паровою фазою за певних умов

% вологості Відповідає 100-кратному коефіцієнту між: Вологість повітря (H) Вологість насиченого повітря (Hs) Все при однаковій температурі та тиску. Також відносна вологість:

Типова проблема Вологість за простими даними: Повітря в приміщенні становить 26,7 oC і тиск 101,325 кПа і містить водяну пару з парціальним тиском 2,76 кПа. Розрахуйте наступні параметри: Вологість H Вологість насичення Hs та відсоток вологості Відносна відсоткова вологість

Точка роси Температура, при якій суміш повітря та водяної пари насичується При 26,7 oC тиск насиченої пари становить 3,50 кПа Точка роси суміші повітряно-водяна пара становить 3,50 кПа обов'язково 26,7oC Пояснює утворення роси

Вологість тепла Представляє кількість тепла, необхідного (в джоулях) для підняття суміші повітря + вода водяна 1K Теплоємність повітря і води можна вважати постійною: 1,005 кДж/кг (повітря) * K 1,88 кДж/кг (пара) * К

Вологий об’єм Відповідає загальному об’єму 1 кг повітря з парою, яку містить це повітря. Цілий при 101,35 кПа і при температурі газу. Рівняння отримано з рівняння рідкісних газів:

Типова проблема Використання діаграми вологості: Повітря, що надходить у сушарку, має температуру 60oC і точку роси 26,7oC. Використовуючи графік вологості, визначте вологість H, відсоток вологості (Hp), вологий об'єм, а також вологе тепло (cS).

Адіабатична температура насичення

Адіабатична температура насичення Якщо скласти баланс ентальпії на основі TS:

Типова проблема Адіабатичне насичення повітря: Струмінь повітря 87,8 oC з вологістю H = 0,030 кг H2O/кг сухого повітря контактує з адіабатичним сатуратором, що містить воду. Повітря охолоджується і зволожується до насичення 90%. а) Які кінцеві значення Н і Т? б) Для насиченості 100%, якими б були значення Н і Т?

Температура вологої колби Стабільний стан, досягнута температура: Мала кількість води Постійний потік газу Враховуючи, що кількість води невелика: T і H не змінюються Як тоді визначити: Термометр, покритий шматочком тканини Тканину підтримують у вологому стані з водою

Таким чином, у стійкому стані: Ми можемо зробити тепловий баланс Вода випаровується в газ Тканина знаходиться на рівні TW Ми можемо зробити тепловий баланс Базова температура на рівні TW Кількість втраченого тепла:

Для розведеного розчину xBM = 1 та k’y = ky Рівняння Для розведеного розчину xBM = 1 та k’y = ky

Нехтування швидкістю тепловіддачі Рівняння, підставляючи Ігнорування швидкості тепловіддачі

Типова проблема вологої температури: Суміш водяної пари та повітря із сухою температурою (T) 60oC оцінюють за допомогою психрометра, а отримана температура вологості становить 29,5oC. Наскільки волога суміш?

Рівноважна вологість у матеріалах Тут ми поговоримо про співвідношення між рідиною, що сушиться, і матеріалом. Припустимо вологий матеріал: Піддається впливу повітря з постійною вологістю H Використовується велика кількість повітря Через деякий час l вологість у твердому речовині досягне постійного значення. це те, що ми називаємо рівноважною вологістю

Вплив температури Рівноважна швидкість вологості: Знижується зі збільшенням T Зазвичай для помірних діапазонів температур: Рівноважна швидкість вологості вважатиметься постійною, особливо коли експериментальні дані відсутні

Криві продуктивності сушіння Для конструкції сушарок: Розміри Умови експлуатації Умови вологості Необхідний час Можна розрахувати кілька аспектів Однак необхідні експериментальні параметри

Швидкість сушіння Для досягнення цього: Зразок у човні Оголена лише вершина Ми використовуємо баланс. Тому ми можемо спостерігати постійні зміни Параметри, які слід дотримуватись: Зразок повинен мати певну масу Човен повинен бути стандартизованим

Криві швидкості висихання Значення, отримані в результаті цих експериментів: W як функція t Перерахунок значень: Для постійних умов сушіння

Криві висихання

Ефективність сушіння як функція кривої X як функція t: Інша техніка:

R як функція від X

Сушіння протягом періодів при постійній температурі R Поверхня твердої речовини дуже волога На поверхні постійно існує плівка води. Ця вода не пов'язана, незалежно від твердої речовини. тверда речовина Цей період триває: поки вода надходить на поверхню з такою ж швидкістю, як і випаровується

Сушіння, коли R падає Xc: Критичний вміст вільної вологи На цьому етапі: води на поверхні недостатньо, щоб підтримувати постійну плівку. Вся поверхня більше не повністю змочена. Змочені поверхні зменшуються, поки поверхня повністю не висохне

Розрахунки для постійної сушарки Один з найважливіших моментів: Час висихання Як його знайти: Пакетні випробування Прогнозування коефіцієнтів маси та тепловіддачі

Як обчислити t, використовуючи графіки X проти t, використовуючи раніше згадані рівняння

Методи для постійного R За певних умов R не залежить від твердого речовини: Залежить головним чином від шару води на твердому речовині Ефективність сушіння: Пропорційна коефіцієнту тепловіддачі Коли все знаходиться в стійкому стані: Баланс між перенесенням маси тепло

Типова проблема Прогнозування висихання при постійному R: Гранульований і нерозчинний матеріал сушать у контейнері 0,457x0,457 м і глибиною 25,4 мм. Матеріал заповнює всю ємність, а борти та дно можна вважати ізольованими. Тепловіддача відбувається шляхом конвекції потоку повітря, що протікає паралельно поверхні зі швидкістю 6,1 м/с. Повітря становить 65,6oC і має вологість 0,010 кг H2O на кг повітря. Оцініть вихід сушіння для періоду постійного врожаю.

Сушіння в нерухомому шарі Частинки, розміщені на решеті Повітря циркулює через пласт частинок Система вважається адіабатичною Стосується сушіння: Незв’язані частинки Кількість води, що видаляється з шару: Залежить від ефективності сушіння

TLM Температура газу буде змінюватися в межах шару Для протидії цій середній температурі (log)

Фактор a Фактор геометрії, сферичні частинки: Фактор геометрії, циліндричні частинки: Значення Dp для циліндра:

Додаткові проблеми Сушіння шару частинок: Пасту видавлюють у циліндр діаметром 6,35 мм і довжиною 25,4 мм. Значення Xt1 має порядок 1,0 кг води на кг твердого речовини, а при рівновазі X * = 0,01. Щільність сухої твердої речовини становить 1602 кг/м3. Тверді речовини поміщають на сито глибиною 50,8 мм. Узагальнена щільність (ρS) сухої твердої речовини в шарі становить 641 кг/м3. Вхідне повітря має вологість H1 0,04 кг H2O на кг сухого повітря і має температуру 121,1 oC. Швидкість газу становить 0,811 м/с, і газ проходить через шар. Значення XtC становить 0,5. Обчисліть час, необхідний для висихання твердої речовини, до значення Xt = 0,10 кг води на кг твердої речовини. Повтор: t = 0,236 год

Додаткові проблеми Повітря в кімнаті становить 37,8 oC, тиск атмосферний, і в приміщенні міститься вода з парціальним тиском 3,59 кПа. Обчисліть: а) Вологість (відновлення: 0,0228 кг H2O/кг повітря) b) Вологість насичення та% вологості (0,0432 кг H2O/кг повітря та вологість 52,8%) c) Відсоток відносної вологості (54,4%) Нерозчинний гранульований тверда речовина, змочена водою, сушиться протягом періоду з постійним виходом в контейнері 0,61x0,61 м, а товщина матеріалу в контейнері 25,4 мм. Боки і дно ізольовані. Повітря тече паралельно поверхні сушіння зі швидкістю 3,05 м/с і має суху температуру 60oC і вологу 29,4oC. Ємність містить 11,34 кг сухої твердої речовини з вмістом гідрату 0,35 кг води на кг сухої твердої речовини, і матеріал слід сушити протягом періоду постійного виходу до значення 0,22 кг води на кг сухої твердої речовини. а) Прогнозуйте ефективність сушіння та необхідний час (0,612 кг/год; 2,41 год).