Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Основные сведения. Формы связи влаги с материалом
|
|
Процессом сушки называется удаление влаги из различных сыпучих, пастообразных, кристаллических и волокнистых материалов. По своей физической сущности сушка сложный тепло- и массообменный процесс, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги в материале. При сушке влага перемещается из глубины материала к поверхности, а затем удаляется с нее. Теплота, необходимая для нагрева материала при сушке, подводится к поверхности и распространяется в глубь материала. Таким образом, сушка представляет собой сочетание процессов тепло- и массообмена, причем перенос теплоты и массы происходит в противоположных направлениях.
Процесс сушки по способу подвода теплоты к высушиваемому материалу подразделяют на конвективную сушку, осуществляемую непосредственным соприкосновением высушиваемого материала с сушильным агентом (нагретым воздухом или топочными газами); контактную — путем подвода теплоты, содержащейся в теплоносителе, к материалу через тепло
передающую поверхность; радиационную — посредством передачи теплоты инфракрасным излучением; диэлектрическую — нагреванием высушиваемого материала в поле токов высокой частоты; сублимационную сушку — путем проведения процесса в глубоком вакууме при низких температурах, причем влага переходит в парообразное состояние сразу из твердой фазы, минуя жидкое состояние.
Три последних способа называются специальными видами сушки и применяются только в отдельных случаях.
Наиболее распространена конвективная сушка, осуществляемая с помощью горячего воздуха или дымовых газов.
Существуют различные формы связи влаги с материалом. Химически связанная влага является результатом ионного или сильного молекулярного взаимодействия влаги и материала. Такая связь очень прочна и нарушается только в результате химического взаимодействия или нагревания до высоких температур.
Адсорбционно связанная влага присутствует в виде мономолекулярного слоя на поверхности материала и его пор.
Осмотически связанная влага находится внутри структурного скелета материала и удерживается осмотическим давлением (в двух последних случаях связь воды с материалом имеет физико-химическую природу).
Капиллярно связанная влага заполняет макро- и микрокапилляры пористого тела. Она механически связана с материалом и наиболее легко удаляется. Давление пара над поверхностью материала тем меньше, чем прочнее связь между водой и материалом. Наиболее прочна эта связь у гигроскопичных веществ. Давление пара над ними наиболее существенно отличается от давления насыщенных паров.
20.2.Основные параметры влажного газа и диаграмма I — х
Для понимания физической сущности процесса конвективной сушки и правильной его организации необходимо предварительно рассмотреть свойства влажного воздуха.
При конвективной сушке сушильный агент передает материалу теплоту и уносит влагу, испаряющуюся из материала за счет этой теплоты, т. е. играет роль тепло- и влагоносителя. При прочих методах сушки находящийся в соприкосновении с материалом влажный газ служит только влагоносителем. Влажный газ обычно является смесью сухого воздуха и водяного пара, поскольку в большинстве случаев из высушиваемых материалов удаляется вода, хотя возможно удаление и других жидкостей (спирты, углеводороды и др.).
Влажный воздух характеризуют следующие показатели: абсолютная влажность — масса, кг, водяного пара, содержащегося в 1 м3 влажного воздуха, и относительная влажность 
— отношение массы водяного пара, находящегося в 1 м3 влажного воздуха при данных условиях, к его максимально возможному количеству в условиях насыщения.
В процессе сушки параметры воздуха изменяются, поэтому при анализе его состояния некоторые переменные удобно относить к величине, не изменяющейся при проведении сушки, т. е. к массе кг, абсолютно сухого воздуха. Влагосодержание воздуха х — масса кг, водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, отнесенная к массе, кг, абсолютно сухого воздуха. Удельная энтальпия (теплосодержание) I влажного воздуха определяется как суммарная энтальпия абсолютно сухого воздуха и содержащейся в нем влаги, отнесенная к массе, кг, абсолютно сухого воздуха.
При проведении конвективной сушки воздухом параметры влажного воздуха (температура Т, удельная энтальпия I, влагосодержание х и относительная влажность ) изменяются. Наиболее
Влагосодержание х, кг/кг сухого воздуха Рис. 20.1. Диаграмма I—х влажного воздуха
просто и наглядно состояние влажного воздуха характеризуется графически на диаграмме, предложенной Л. К. Рамзиным (рис. 20.1). По оси ординат отложены значения удельной энтальпии 1 влажного воздуха, по оси абсцисс — значения влагосодержания х. Диаграмма I—х построена в косоугольной системе координат с углом между осями 135°.
Все точки диаграммы, лежащие выше линии = 100 %, характеризуют состояние влажного воздуха. Температуру, при которой воздух данного состояния, охлаждаясь при постоянном влагосодержании, становится полностью насыщенным ( = 100 %), называют точкой росы. Если материал находится во влажном воздухе и не получает теплоты извне, то процесс протекает при постоянной энтальпии. Испарение влаги приводит к ее 100%-ному содержанию в воздухе. Это состояние будет характеризоваться точкой, называемой пределом охлаждения. Температура данного состояния называется температурой мокрого термометра.