Определение влагокоэффициентов методом снятия кривой сушки

Во втором периоде сушки скорость определяется интенсивностью подвода влаги к поверхности материала, т.е. влагопроводностью.

Нахождение уравнения кривой сушки требует решения дифференциального уравнения влагопроводности:

(3.1)

где U ^′ – влагосодержание материала (кг вл./кг сух.мат.) в точке образца с координатой Х;

a – коэффициент диффузии (внутреннего переноса влаги), м²/ч.

В начальный момент периода падающей скорости сушки влагосодержание материала равно критическому влагосодержанию U_кр. Для тонких материалов можно допустить, что влага равномерно распределена по сечению материала и, следовательно, при

(3.2)

Граночное условие таково, что плотность потока влаги к поверхности материала равняется плотности потока влаги с поверхности в окружающую среду:

(3.3)

где – коэффициент внешнего влагообмена, м/ч; U ^′ _p – равновесное влагосодержание, кг вл./ч сух.мат.; – плотность сухого вещества материала, кг/м³.

Поскольку в состоянии равновесия влажность одинакова во всех точках образца материала, то среднее равновесное влагосодержание U_p равно

Задача заключается в определении коэффициентов внутренне диффузии влаги и внешнего влагообмена , пользуясь кривой сушки.

Для этого надо решать дифференциальное уравнение (3.1) при начальном условии (3.2) и граничном условии (3.3) и из полученного решения найти среднее влагосодержание материала.

Решение дифференциального уравнения (3.1) для образца в форме неограниченно пластины приводит к следующему соотношению:

(3.4)

где – коэффициент (величина при малых значениях критерия близка к единице); – постоянное число, зависящее от геометрической формы тела и условий влагообмена; – определяющий геометрический размер – половина толщины пластины, м.

Соотношение (3.5) и есть уравнение кривой сушки в периоде падающей скорости.

Прологарифмировав это уравнение, получим:

(3.5)

т.е. зависимость и временем графически представляется в виде прямой линии.

Подставив в уравнение (3.5) вместо выражение

(3.6)

и взяв вместо натурального логарифма десятичный, получим:

(3.7)

где - число Био.

Уравнение представляет собой линейную зависимость между двумя переменными величинами

Следовательно, если построить график зависимости величины от времени , то получится прямая для периода падающей скорости сушки (Рис 3.1).

Тангенс угла наклона этой прямой в соответствии с уравнением (3.7) равен

(3.8)

Величина определяется из графика (Рис 3.1) т.е.

Зная величину , по формуле (3.8) можно определить коэффициент , если известен коэффициент влагообмена ,

а (3.9)

Рис 3.1. График зависимости lg (U – U_р) = f(τ) для периода падающей сушки

Коэффициент влагообмена определяется по формуле

(3.10)

где N – скорость сушки в период постоянной скорости, %/ч (определяется из кривой сушки);

Р_н - парциальное давление насыщенного пара при температуре воздуха t_c, Па

φ – отношение влажности воздуха, %;

(Р_м – Р_н) – определяется по формуле

здесь – барометрическое давление, Па;

– равновесное влагосодержание, % (определяется из кривой сушки).

Определив коэффициент и величину из графика, найдём коэффициент диффузии влаги по формуле (3.10).

Зная коэффициент и , находим число Био:

(3.11)

Следует отметить, что полученные коэффициенты диффузии влаги и влагообмена относятся к определённому режиму сушки, характеризуемому t_c, относительной влажностью и скоростью сушки .

Цель работы

1. Изучение теории и метода определения влагокоэффициентов – внутренней диффузии влаги и внешнего влагообмена.

2. Проведение экспериментов по снятию кривой сушки для расчёта значений влагокоэффициентов.

Описание установки

Для проведения экспериментов используется лабораторная сушильная установка ДИ – 8 (Рис. 2.2).

Устройство установки и её работа описаны в работе №2.

Методика проведения работы

1. С помощью терморегулирующего устройства устанавливается температура воздуха в сушительной камере равной

2. Образец материала берётся в форме пластины, толщина которой значительно меньше её ширины и длины. Определяются его размеры и масса.

3. Образец материала прикрепляется на подвеске весов в сушительной камере.

4. Тумблер на регулирующем устройстве включается в положение «Электродвигатель». Одновременно включается секундомер.

5. Через каждые 3 мин измеряется масса высушенного материала. Для взвешивания тумблер переключают в положение «Освещение шкалы».

6. Опыт продолжается до тех пор, пока время удаления 0,1 г влаги не будет равняться примерно 15 мин.

После этого опыт прекращается.

Температура сухого и мокрого термометров измеряется через каждые 10 мин.

Все замеры, проведённые в опыте, заносятся в протокол испытания.

Обработка результатов испытания иметода расчёта

1. Масса влаги в начальный момент времени и в каждый последующий определяется путём вычитания из массы образца массы абсолютно сухого материала, которая сообщается преподавателем,

2. Влагосодержание материала рассчитывается по формуле

3. По средним показаниям сухого и мокрого термометров перед сушильной камерой, с учётом поправки на скорость воздуха по формуле (3.4) находится – диаграмме влагосодержания воздуха .

При условии постоянства влагосодержания воздуха при нагревании по температуре определяется – диаграмме (в камере).

Относительная влажность воздуха в камере определяется по формуле

4. На основании протокола испытаний на миллиметровой бумаге строится кривая сушки: по оси ординат откладывается влагосодержание в %, а по оси абсцисс – время в часах.

Затем строится график в координатах: (см. Рис. 3.1) и определяется .

5. По приведённым выше формулам рассчитывается коэффициент внешнего влагообмена , коэффициент внутренней диффузии влаги и число Био .

Таблица 3

Протокол испытаний

Высушиваемый материал-

Размеры образца, м: ширина B -, Длина L -, толщина H -

Масса влажного образца G₁, г -

Масса абсолютно сухого материала G_сух, г -

Температура воздуха в камере t^к_с ⁰С -

Барометрическое давление B, Па -

Относительная влажность воздуха в камере j, % -

Скорость воздуха в камере u, м/с