Модель потенциала влагопереноса агента сушки
Сопровождение сорбции влаги древесиной выделением энергии. Опытная кривая теплоты набухания древесины сосны, согласно которой максимальная теплота набухания (при влажностях близких к нулю) достигает 300 ккал/кг поглощенной влаги или 22680 Дж/моль.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.11.2018 |
| Размер файла | 103,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Модель потенциала влагопереноса агента сушки
Гороховский А.Г., Шишкина Е.Е.,
Гороховский А.А. (УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ)
Основное содержание исследования
Известно [1, 2, 3], что сорбция влаги древесиной сопровождается выделением значительного количества энергии. На рис.1 приведена опытная кривая теплоты набухания древесины сосны, согласно которой максимальная теплота набухания (при влажностях близких к нулю) достигает 300 ккал/кг поглощенной влаги или 22680 Дж/моль. При влажности древесины близкой к 20 % и большей теплота сорбции становится равной нулю.
Для того чтобы гигроскопическая влага была удалена из древесины, агент сушки должен обладать величиной химического потенциала не меньшей, чем работа (теплота) сорбции влаги древесиной, т.е.
(1)
где А - химический потенциал агента сушки;
Асорб - работа сорбции влаги древесиной.
Рис.1. Дифференциальная теплота набухания древесины (при температуре t = 50 0С, древесина сосны. Опытные данные A. J. Stamm [1])
влагоперенос сорбция влага древесина
Химический потенциал агента сушки может быть определен по формуле
(2)
где ц - относительная влажность;
R - универсальная газовая постоянная (R = 8,31 Дж/ (моль • К));
Т - абсолютная температура, К.
Очевидно, что при ц = 1,0 химический потенциал агента равен нулю. Удаление влаги из древесины при этом не происходит, влажность древесины стремится к равновесной.
При ц > 0, А > ?, однако поскольку практически невозможно создать среду с ц = 0, то и получить агент сушки с бесконечно большой величиной химического потенциала также невозможно.
Известно также, что в капиллярах достаточно малого радиуса (порядка 10-7 см) над мениском жидкости происходит снижение относительного давления пара ц. Согласно формуле Томпсона [4] давление пара над мениском жидкости в капилляре составляет
Па (3)
Тогда величина коэффициента снижения давления пара (а следовательно и ц) составит
(4)
где Р - давление пара над мениском жидкости в капилляре радиусом r;
Р? - то же при rм > ? (rм - радиус мениска);
у - поверхностное натяжение жидкости, Н/м;
Vж - молярный объем жидкости, м3/моль.
В табл.1 приведены расчетные значения коэффициентов снижения относительного давления водяного пара в капиллярах древесины при различных значениях ее температуры и влажности.
Таблица 1. Коэффициент снижения давления водяного пара в капиллярах древесины
|
Температура древесины, К |
Влажность древесины, % |
||||
|
5,0 |
10,0 |
20,0 |
30,0 |
||
|
303 |
0,147 |
0,258 |
0,384 |
0,457 |
|
|
333 |
0, 198 |
0,318 |
0,443 |
0,517 |
|
|
363 |
0,242 |
0,367 |
0,492 |
0,561 |
Из данных, приведенных в табл.1 следует, что с повышением температуры и влажности древесины относительное снижение давления пара становится менее существенным, хотя и достаточно заметным.
Так максимальное снижение может достигать 6,8 раза (Т = 303 К, W = 5 %). В то же время при Т = 363 К, W = 20 % снижение давления составляет примерно 2 раза.
Выражение для величины химического потенциала при этом приобретает вид
(5)
где Ксн - коэффициент снижения (табл.1).
В табл.2 приведены расчетные значения химического потенциала агента сушки, соответствующие некоторым значениям равновесной влажности древесины. Из данных табл.2 следует, что химический потенциал в приведенном диапазоне мало зависит от значений температуры агента, практически полностью определяясь величиной равновесной влажности, точнее, степенью насыщенности среды (при заданной температуре).
Из данных рис.2 можно заключить, что расчетные значения химического потенциала достаточно близко совпадают с экспериментальными данными A. Stamm [1] по теплоте сорбции древесины сосны. Причем значения химического потенциала несколько превышают значения работы сорбции, что отвечает (1). Исключение составляет зона экстремально низкой влажности древесины (менее 5 %), для которой значения химического потенциала оказались ниже работы сорбции. Возможно это связано с неточностью определения ц для малых uр, а также с неопределенностью точного значения коэффициента понижения для данных значений равновесной влажности. Таким образом, величина химического потенциала может служить косвенной оценкой равновесной влажности среды, а, с другой стороны, можно заключить, что в приведенном диапазоне температур агент обладает достаточным химическим, а значит и влагопереносным потенциалом для сушки древесины до требуемых практическими нуждами значений.
Таблица 2. Расчетные значения химического потенциала агента сушки
|
Параметр |
Температура, К |
||||||||||||
|
330 |
333 |
363 |
|||||||||||
|
Равновесная влажность, % |
2,5 |
5,0 |
10,0 |
15,0 |
2,5 |
5,0 |
10,0 |
15,0 |
2,5 |
5,0 |
10,0 |
15,0 |
|
|
Степень насыщенности сферы |
0,1 |
0,24 |
0,59 |
0,78 |
0,12 |
0,32 |
0,68 |
0,85 |
0,175 |
0,4 |
0,775 |
0,9 |
|
|
То же, с учетом коэффициента снижения |
0,0147 |
0,0353 |
0,152 |
0,332 |
0,0294 |
0,0774 |
0,216 |
0,365 |
0,042 |
0,0968 |
0,284 |
0,387 |
|
|
Химический потенциал, Дж/ (моль•К) |
10626 |
8420 |
4744 |
2770 |
9206 |
7083 |
4239 |
2786 |
9562 |
7044 |
3798 |
2863 |
Рис.2. Химический потенциал среды и равновесная влажность древесины
( (1 - 4) - теплота сорбции (по графику A. Stamm, рис.1))
Химический потенциал, К: - 303; - 333; - 363.
Значительный интерес также представляет определение значения химического потенциала агента сушки образцов при определении влажности древесины сушильно-весовым методом [5].
Дело в том, что согласно ГОСТ 16588-91 нормируется значение температуры в сушильном шкафу: 103±2 0С, но никак не оговаривается степень насыщенности сушильного агента.
С другой стороны нормальными условиями для производственных лабораторий считаются: t = 20 0С, ц = 0,4 - 0,6.
Если считать, что в сушильный шкаф, расположенный в помещении лаборатории поступает воздух с выше указанными параметрами, то после нагревания его до 105 0С степень насыщенности приобретает значение ц = 0,063 - 0,097, с учетом коэффициента понижения химической потенциал агента с такими параметрами составит:
А = 18845 - 20278 Дж/моль.
Это соответствует по графику A. Stamm (рис.1) значению равновесной влажности Uр= 0,72 - 1,15%.
Это свидетельствует о том, что при определении влажности сушильно-весовым методом возникает систематическая погрешность близкая к 1% абсолютной влажности. Но поскольку такая погрешность возникает при каждом изменении, то с целью упрощения ей можно пренебречь, особенно при практическом определении влажности в условиях производства.
Выводы
1. Для того чтобы гигроскопическая влага была удалена из древесины, агент сушки должен обладать величиной химического потенциала не меньшей, чем работа сорбции влаги древесиной.
2. Расчетные значения химического потенциала достаточно близко совпадают с экспериментальными данными по теплоте сорбции древесины сосны. Таким образом, значение химического потенциала может служить косвенной оценкой величины равновесной влажности среды.
3. При определении влажности древесины сушильно-весовым методом возникает систематическая погрешность, близкая к 1 % абсолютной влажности. Это связано с тем, что агент в сушильном шкафу лаборатории не обладает достаточным по величине химическим потенциалом.
Библиографический список
1. Кречетов, И.В. Сушка древесины [Текст] / И.В. Кречетов. М.: Лесн. пром-сть, 1977.
2. Шубин, Г.С. Сушка и тепловая обработка древесины [Текст] / Г. С Шубин. М.: Лесн. пром-сть, 1990.336 с.
3. Никитин, В.М. Химия древесины [Текст] / В.М. Никитин, А.В. Аболенская, В.П. Щеголев. М.: Лесн. пром-сть, 1978.368 с.
4. Никитина, Л.М. Термодинамические параметры и коэффициенты массопереноса во влажных материалах [Текст] / Л.М. Никитина. М: Энергия, 1968.499 с.
5. ГОСТ 16588 - 91 Пилопродукция и деревянные детали. Методы определения влажности [Текст]. М.: Изд-во стандартов, 1992.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Характеристика двухкамерной сушильной камеры. Расчет количества испаряемой влаги, тепла на прогрев древесины и поверхности нагрева калорифера. Аэродинамическая схема циркуляции агента сушки. Описание вентилятора, трубопроводов и конденсатоотводчиков.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 29.09.2013Устройство и принцип действия сушильной камеры. Выбор режимов сушки и влаготеплообработки. Расчет требуемого количества камер. Определение массы испаряемой влаги, параметров агентов сушки, расходов теплоты на сушку. Разработка технологического процесса.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 11.10.2012Исследование конструкции бункерной зерносушилки СБВС-5. Характеристика газовоздушной смеси и состояния зерна в процессе сушки и охлаждения. Расчет испаренной влаги в сушильной камере, размеров барабанной сушилки. Определение расхода теплоты на сушку.
курсовая работа [49,7 K], добавлен 23.12.2012Описание новых технологий в области сушки и защиты древесины. Физическая сущность процесса теплового удаления влаги из древесины. Изучение устройства и технологический расчет сушильного цеха для камер. Определение тепловых и аэродинамических параметров.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 19.01.2013Сушильные устройства и режимы сушки керамических изделий. Периоды сушки. Регулирование внутренней диффузии влаги в полуфабрикате. Длительность сушки фарфоровых и фаянсовых тарелок при одностадийной и при двухстадийной сушке. Преимущества новых методов.
реферат [418,0 K], добавлен 07.12.2010Устройство и принцип действия основного и дополнительного оборудования. Выбор и обоснование режимов сушки и влаготеплообработки. Расчет продолжительности цикла сушки, количества камер. Определение параметров агента сушки, а также расхода теплоты.
курсовая работа [139,6 K], добавлен 23.04.2015Сущность процесса сушки и описание его технологической схемы. Барабанные атмосферные сушилки, их строение и основной расчёт. Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку, автоматическая регулировка влажности. Транспортировка сушильного агента.
курсовая работа [140,6 K], добавлен 24.06.2012Изучение устройства сушильной камеры УЛ-1. Обоснование и выбор режимов сушки, начального прогрева и влаготелообработки пиломатериалов из древесины ели и осины. Определение массы испаряемой влаги и расхода теплоносителя. Контроль технологического процесса.
курсовая работа [650,0 K], добавлен 15.04.2019Общая характеристика сушки как термического процесса удаления из твердых материалов влаги, путем её испарения. Описание конструкции и технический расчет сушильного устройства с выкатной тележкой. Параметры сушильного агента на входе в сушильную камеру.
реферат [106,0 K], добавлен 04.06.2014Определение режима сушки пиломатериалов. Определение количества испаряемой из материала влаги. Аэродинамический расчет камеры СПМ-1К. Расход тепла на прогрев древесины. Определение потерь напора в кольце циркуляции. Планировка лесосушильных цехов.
курсовая работа [882,1 K], добавлен 10.12.2015Определение и построение кривой скорости сушки. Cопоставление расчетного и опытного значений коэффициента массоотдачи. Определение критерия Рейнольдса. Расчет интенсивности испарения влаги. Динамический коэффициент вязкости воздуха и скорость обдува.
лабораторная работа [1,0 M], добавлен 27.03.2015Процесс удаления влаги из материала путем испарения или выпаривания. Выбор и обоснование способа сушки и типа лесосушильных камер. Спецификация пиломатериалов. Формирование сушильных штабелей. Технология проведения камерной сушки. Виды и причины брака.
курсовая работа [36,4 K], добавлен 10.12.2013Описание сушильной камеры и выбор параметров режима сушки. Расчет продолжительности камерной сушки пиломатериалов. Показатели качества сушки древесины. Определение параметров сушильного агента на входе и выходе из штабеля. Выбор конденсатоотводчика.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 08.01.2016Расчет продолжительности сушки пиломатериалов и оборота камеры. Определение параметров агента сушки на входе в штабель. Составление схемы циркуляции агента сушки с выявлением участков сопротивления. Транспортировка сырых пиломатериалов в сушильный цех.
курсовая работа [396,5 K], добавлен 19.10.2012Сушка как способ удаления влаги. Характеристика сырья, химический состав продукта. Технологическая схема производства сушеных яблок, технические требования. Методы сушки яблок, лабораторные сушильные установки. Восстанавливаемость сушеных яблок.
курсовая работа [172,9 K], добавлен 04.06.2011Устройство и принцип действия сушильной камеры ВК-4 и вспомогательного оборудования. Обоснование режимов сушки и влаготеплообработки древесины. Расчёт количества сушильных камер. Определение параметров агента сушки. Организация технологического процесса.
курсовая работа [599,7 K], добавлен 24.08.2012Порядок транспортирования сформованного сырца в сушильные агрегаты. Характеристика различных видов вагонеток. Основные сведения о процессе сушки, расчет интенсивности удаления влаги. Использование естественной сушки в сушильных сараях в теплое время года.
реферат [1,5 M], добавлен 26.07.2010Причины деформаций древесины и методы их предупреждения. Особенности укладки пиломатериалов в штабель для конденсационной и вакуумной сушки. Специфика деформаций, возникающих при распилке древесины, размерные и качественные требования к пиленой продукции.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 15.12.2010Процесс удаления влаги из древесины до определённого процента влажности. Атмосферная сушка пиломатериалов и ее целесообразность. Современные тенденции совершенствования сушильного оборудования. Состав вспомогательных и обслуживающих производств.
реферат [30,8 K], добавлен 18.02.2010Аэродинамический расчет вентиляционных систем. Удаление избытков теплоты, влаги в рабочей зоне помещения. Расчет теплопоступлений и влаговыделений от технологического оборудования. Определение количества воздуха, удаляемого системами местных отсосов.
контрольная работа [86,8 K], добавлен 15.09.2017
