Влажный материал

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВЛАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ

Вопросы:

1. Влажность материала

2. Начальная и конечная масса материала. Теплоемкость и теплосодержание материала

3. Классификация влажных тел и влаги в материале

Вопрос №1. Влажность материала

Влажный материал как объект сушки можно представить себе состоящим из абсолютно сухой массы данного вещества и массы влаги:

G = G_c +G_вл., где

G - общая масса влажного материала, кг;

G_c- масса абсолютно сухого материала, кг

G_вл. - масса влаги (воды), кг.

Массу влаги можно исчислять от массы абсолютно сухого материала или от общей массы влажного материала, поэтому существуют два основных понятия, характеризующие содержание влаги в материале: абсолютная и относительная влажность. влажность материал теплосодержание

Абсолютную влажность w определяют как отношение массы влаги к массе абсолютно сухого материала, %,

W = (G_вл / G_с )*100

Иногда для расчетов используют понятие влагосодержание материала, кг вл./кг сух. м. U = G_вл / G_с .

Относительная влажность материала w₀ определяют как отношение массы влаги к общей массе влажного материала, %,

w₀ = G_вл / G * 100

Для пересчета влажности в относительную влажность, и наоборот, существуют переводные формулы:

W = 100Wo/100-Wo

Wo = 100W/100+W

Вопрос №2. Начальная и конечная масса материала

Примем следующие условные обозначения:

G₁ - масса влажного материала, поступающего в сушильную машину, кг/ч;

G₂ - масса высушенного материала, выходящего из сушильной машины, кг/ч

W - количество испаренной влаги, кг/ч;

w₁ и w₂ - влажность материала до и после сушки, %;

Тогда масса влажного материала на входе в сушильную машину:

G₁ = G_c (100 + w₁ )/100

Аналогично масса высушенного материала:

G₂ = G_c (100 + w₂ )/100

Разделив одно уравнение на другое получим:

G₁ = G₂ (100 + w₁ )/ (100 + w₂ ) и

G₂ = G₁ (100 + w₂ )/ (100 + w₁ )

Тогда количество испаренной влаги в сушильной машине:

W = G₁ (w₁ - w₂ )/(100+w₁) = G₂ (w₁ - w₂ )/ (100+w₂)

Или по влагосодержанию:

W = G₁ (U₁ - U₂ )/(1+U₁) = G₂ (U₁ - U₂ )/ (1+U₂)

Теплоемкость и теплосодержание материала

Массу влажного материала, содержащего 1 кг массы сухого материала, можно представить в виде суммы (1+U) кг, где U - влага, приходящаяся на 1 кг сухого материала. Тогда теплоемкость влажного материала, содержащего 1 кг массы абсолютно сухого материала, или приведенная теплоемкость, определиться из выражения, кДж/(кг*град),

С_привед = С_с +4,19U

ГдеСс - теплоемкость абсолютно сухого материала, кДж/(кг*град),

4,19 теплоемкость воды, кДж/(кг*град),

U - влагосодержание материала, кг вл./кг сух. м.

То же с использованием влажности:

С_привед = С_с +4.19w/100

Теплоемкость влажного материала на 1 кг массы влажного материала , кДж/(кг*град),

С = С_привед / 1+U

Или

С = (100*Сс +4,19w) / (100 +w)

Теплоемкость абсолютно сухого материала зависит от его температуры, плотности и других физических свойств. С повышением температуры и плотности материала его теплоемкость увеличивается. Для тепловых расчетов сушильных установок можно принять Сс = 1,34 кдж/кг*град

Теплосодержание материала, кДж/кг,

i = С*х_м

где - х_м - температура материала, ⁰С.

Вопрос №3. Классификация влажных тел и влаги в материале

По физическим свойствам влажные материалы могут быть разделены на три основных вида: коллоидные тела, капиллярно-пористые и капиллярно-пористые коллоидные тела.

Коллоидные тела - эластичные гели - при изменении содержания влаги значительно изменяют свои размеры (желатин, тесто и т.д.).

Капиллярно-пористые - хрупкие гели - при изменении содержания влаги изменяют свои размеры незначительно (керамика, древесный уголь и т.д.)

Капиллярно-пористые коллоидные тела - обладают свойствами первых двух. Имеют капиллярное строение, но стенки капилляров обладают свойствами эластичных гелей (лен, кожа, ткани, торф и т.д.).

Процесс удаления влаги из материала связан с определенной затратой энергии на разрушение ее связи с материалом. Поэтому классификация форм связи влаги с материалом основана на энергетическом принципе и учитывает характер и интенсивность энергии связи. Согласно этой классификации все формы связи делятся на три большие группы:

1. химическая связь

2. физико-химическая связь

3. физико-механическая связь.

Физико-химическая связь различается на :

Адсорбционная влага, Осмотическая влага, Структурная влага.

Адсорбционная влага - основана на молекулярном взаимодействии материала с влагой. Удерживается молекулярным силовым полем на внешней и внутренней активной поверхности пор, пустот, капилляров, стенках клеток и т.д. тело увеличивает свой объем, но он меньше первичных объемов тела.

Осмотическая влага - проникает внутрь замкнутых клеток через стенку клетки. Структурная влага - это внутриклеточная жидкость, захваченная при образовании структуры геля в период роста растений.

Физико-механическая связь - это влага, находящаяся в микро - и макрокапиллярах, крупных порах и пустотах, и влага смачивания. Эта влага удерживается в материале чисто механически, наименее прочно связана с материалом и подвижна под действием сил тяжести. Она может быть удалена (частично) как механическим путем - давлением и центрифугированием, так и испарением.

Классификация влаги в материале с точки зрения процесса суши

По состоянию в материале различают влагу свободную и связанную (рис. 1). Свободная - это влага макрокапилляров, крупных пор и пустот, осмотическая, структурная, смачивания.

Связанная - это влага микрокапиллярная и адсорбционная. Она более прочно связана с материалом.

Рис. 1. Виды влаги в материале по состоянию и условиям удаления при сушке.

Состояние материала, при котором он содержит максимально возможное количество связанной влаги и не содержит свободной влаги, называется гигроскопическим максимумом (пределом или точкой насыщения волокна). Для льняной тресты это 32%. Такой материал называют влажным. Материал, который содержи еще и свободную влагу называют сырым или мокрым.

По условиям удаления из материала различают влагу избыточную и равновесную.

Избыточная влага - та часть общей влаги в материале, которая может быть удалена при данных условиях сушки, т.е. при данной температуре и относительной влажности сушильного агента. Избыточную влагу входит вся свободная влага и часть связаной.

Под равновесной влагой понимают ту часть общей влаги в материале, которая не может быть удалена при данных условиях сушки. Ее можно удалить из материала только при температуре 105-110 град.

Поглощение материалом влаги из воздуха называется сорбцией. Обратный процесс удаления влаги из материала путем ее испарения называется десорбцией. Процесс удаления из материала связанной и свободной влаги называется СУШКОЙ.

Изучение условий равновесного состояния материала (средняя устойчивая влажность материала в воздухе определенного состояния, практически одинаковая как при сорбции, так и при десорбции) в окружающей его воздушной среде имеет большое значение для теории и практики сушки и увлажнения тресты. Зная эти условия, можно правильно выбрать режим и продолжительность сушки или увлажнения, а также организовать решение других вопросов, таких как хранение материала, кондиционирование воздуха и т.д. На рис. 2 даны кривые равновесной влажности при температурах воздуха 20, 40, 60, 80 градусов.

Рис. 2. Кривые равновесной влажности льняной тресты.

Из графика видно, что равновесная влажность льняной тресты зависит не только от относительной влажности воздуха, но и от его температуры, уменьшаясь с возрастанием последней. Этим графиком и пользуются в настоящее время при тепловых расчетах.

Потенциал сушки воздуха и его определение с помощью I-d диаграммы

I-d диаграмма представляет собой графическую зависимость основных параметров влажного воздуха при постоянном барометрическом давлении.

Потенциалом сушки называют разность температур, парциальных давлений или влагосодержаний адиабатически насыщенного и окружающего воздуха ил газа. Потенциал сушки характеризует испарительную способность сушильного агента. Чем больше значение потенциала сушки воздуха при прочих равных условиях режима, тем меньше продолжительность сушки и больше производительность сушильной установки. Например, (рис. 3).

Рис. 3. Схема определения потенциала сушки на I-d диаграмме.

Как показали исследования по сушке различных лубоволокнистых материалов, скорость процесса для большинства из них прямо пропорциональна потенциалу сушки сушильного агента.

Размещено на Allbest.ru