- •3.1.2.1. Граничні умови першого роду 27
- •Частина 1
- •1. Основні поняття та визначення
- •2. Математична модель конвективного теплообміну
- •2.1. Рівняння енергії
- •2.2. Рівняння руху (Навьє - Стокса)
- •2.3. Рівняння нерозривності
- •2.4. Математична модель конвективного теплообміну. Умови однозначності
- •3. Окремі випадки розв’язання математичної
- •3.1. Стаціонарна теплопровідність
- •3.1.1. Теплопровідність плоскої необмеженої пластини
- •3.3.1.1. Граничні умови першого роду
- •3.1.1.2. Граничні умови третього роду. Теплопередача
- •3.1.2. Теплопровідність необмеженої циліндричної стінки
- •3.1.2.1. Граничні умови першого роду
- •3.1.2.2. Граничні умови третього роду (теплопередача)
- •3.2. Нестаціонарна теплопровідність
- •4. Конвективний теплообмін
- •4.1. Основи теорії подібності
- •4.2. Основні принципи методу аналізу розмірностей
- •4.3. Критерії гідродинамічної подібності
- •4.4. Критерії теплової подібності
- •4.5. Критеріальне рівняння конвективного теплообміну
- •4.6. Принципи отримання окремих критеріальних залежностей
- •4.7. Окремі випадки конвективного теплообміну
- •4.7.1. Теплообмін при течії у трубах
- •4.7.2. Теплообмін при поперечному обтіканні
- •4.7.3 Теплообмін при природній конвекції
- •5. Теплообмін при зміні агрегатного стану
- •5.1. Теплообмін при кипінні
- •5.2. Теплообмін при конденсації пари
- •6. Теплообмін при випромінюванні
- •7. Методика розрахунку теплообмінників
- •7.1. Класифікація теплообмінних апаратів
- •7.2. Основні положення і рівняння теплового розрахунку
- •7.3. Гідромеханічний розрахунок теплообмінних апаратів
- •Частина 2
- •1. Нагрівання, охолодження, конденсація
- •1.1. Загальні поняття та визначення
- •1.2. Гріючі агенти і способи нагрівання
- •1.2.1. Нагрівання водяною парою
- •1.2.2. Нагрівання гарячою водою
- •1.2.3. Нагрівання топковими газами
- •1.2.4. Нагрівання високотемпературними теплоносіями
- •1.2.5. Нагрівання електричним струмом
- •1.3. Охолоджуючі агенти, способи охолодження і конденсації
- •1.3.1. Охолодження до звичайних температур
- •1.3.2. Охолодження до низьких температур
- •1.3.3. Конденсація пари
- •2. Випарювання
- •2.1. Загальні поняття та визначення
- •2.2. Однокорпусні випарні установки
- •2.2.1. Матеріальний баланс
- •2.2.2. Тепловий баланс
- •2.2.3. Поверхня нагрівання
- •2.2.4. Температурні втрати і температура кипіння розчинів
- •2.3. Багатокорпусні випарні установки
- •2.3.1. Основні схеми багатокорпусних випарних установок (бву)
- •2.3.2. Матеріальний баланс
- •2.3.3. Тепловий баланс
- •2.3.4. Загальна корисна різниця температур і її розподіл по корпусах
- •2.3.5. Розподіл загальної корисної різниці температур за умови рівності поверхонь нагріву корпусів
- •2.3.6. Розподіл загальна корисна різниця температур за умови мінімальної сумарної поверхні нагрівання корпусів
- •2.3.7. Вибір числа корпусів
- •2.4. Будова випарних апаратів
- •2.5. Розрахунок багатокорпусних випарних установок
- •2.5.1. Наближений розрахунок
- •2.5.2. Схема розрахунку багатокорпусної випарної установки
- •2.5.3. Уточнений розрахунок
- •3.1. Загальні відомості
- •3.2. Основні параметри вологого повітря
- •3.4. Рівновага при сушінні
- •3.5. Вологість матеріалу і зміна його стану в процесі сушіння
- •3.6. Матеріальний і тепловий баланс сушіння
- •3.7. Графоаналітичний розрахунок процесу сушіння
- •3.8. Варіанти процесу сушіння
- •3.8.1 .Сушіння з частковим підігрівом повітря в сушильній камері
- •3.8.2. Сушіння з проміжним підігрівом повітря по зонах
- •3.8.3. Сушіння з частковою рециркуляцією відпрацьованого повітря
- •3.9. Швидкість і періоди сушіння
- •3.10. Зміна температури матеріалу в процесі сушіння
- •3.11. Інтенсивність випару вологи
- •3.11.1. Випар вологи з поверхні матеріалу
- •3.11.2. Переміщення вологи у середині матеріалу
- •3.12. Тривалість процесу сушіння
- •3.13. Конструкції сушарок
- •4. Холодильні процеси
- •4.1. Термодинамічні основи одержання холоду
- •4.2. Методи штучного охолодження
- •Основна
- •Додаткова
- •Теплові процеси та апарати
3.4. Рівновага при сушінні
Якщо матеріал знаходиться в контакті з вологим повітрям, то принципово можливі два процеси:
сушіння (десорбція вологи з матеріалу) при парціальному тиску пари над поверхнею матеріалу Рм, що перевищує його парціальний тиск у повітрі чи газі Рп, тобто при Рм >Рп;
зволоження (сорбція вологи матеріалом) при Рм<Рп.
У процесі сушіння величина Рм зменшується і наближається до межі Рм = Рп. При цьому настає стан динамічної рівноваги, якому відповідає гранична вологість матеріалу, називана рівноважною вологістю – р.
Вона залежить від парціального тиску водяної пари над матеріалом Рп чи пропорційної йому величини відносної вологості повітря і визначається дослідним шляхом.
Форми зв'язку вологи з матеріалом
Класифікація форм зв'язку вологи з матеріалом (по П.А.Ребиндеру):
хімічна;
фізико-хімічна;
фізико-механічна.
Хімічно зв'язана волога найбільш міцно з'єднана з матеріалом і може бути вилучена тільки при нагріванні матеріалу до високих температур чи у результаті проведення хімічної реакції. Ця волога не може бути вилучена з матеріалу при сушінні.
У процесі сушіння видаляється волога, зв'язана з матеріалом фізико-хімічним чи механічним шляхом. Найбільш легко видаляється механічно зв'язана волога, що підрозділяється на вологу макрокапілярів і мікрокапілярів (капілярів із середнім радіусом приблизно більше і менше 10-5 см). Волога макрокапілярів вільно видаляється не тільки сушінням, але і механічними способами.
Фізико-хімічний зв'язок поєднує два види вологи, що відрізняються міцністю зв'язку з матеріалом:
- адсорбційно зв`язана волога;
- осмотично зв`язана волога.
Перша міцно утримується на поверхні й у порах матеріалу.
Осмотично зв`язана волога, називається також вологою набрякання, знаходиться усередині кліток матеріалу й утримується осмотичними силами.
Стосовно до процесу сушіння вологу класифікують на:
- вільну
- зв'язану.
Під вільною, розуміють вологу, швидкість випару якої з матеріалу дорівнює швидкості випару води з вільної поверхні. Отже, при наявності вільної вологи Рм = Рн, де Рн – тиск насиченої пари води над її вільною поверхнею.
Під зв'язаною розуміють вологу, швидкість випару якої з матеріалу менше швидкості випару води з вільної поверхні Рм < Рн.
3.5. Вологість матеріалу і зміна його стану в процесі сушіння
Вологість матеріалу може бути розрахована відносно його загальної кількості G чи кількості абсолютно сухої речовини Gc, що знаходиться в ньому, причому:
(96)
Gвл – кількість вологи, що міститься в матеріалі.
Вологість, віднесена до загальної кількості матеріалу (у %):
. (97)
Вологість, віднесена до кількості абсолютно сухого матеріалу:
. (98)
Кількість абсолютно сухого матеріалу не міняється в процесі сушіння, і для спрощення розрахунків звичайно користаються величинами с. Вологість, віднесена до кількості абсолютно сухого матеріалу с, і вологість, розрахована на його загальну кількість , зв'язані між собою залежністю:
, (99)
чи
. (100)
Розглянемо зміну стану матеріалу в процесі сушіння.
При зміні вологості від 1 до г матеріал містить вільну вологу (Рм = Рн) і знаходиться у вологому стані. При зміні вологості від м до р матеріал містить зв'язану вологу (Рм<Рн) і знаходиться в гігроскопічному стані. Точка А називається гігроскопічною, а відповідна їй вологість г – гігроскопічною вологістю. Так само як і у всій області вологого стану в точці А, що відповідає φ = 100%, Рм = Рн
Гігроскопічна вологість г знаходиться на границі вільної і зв'язаної вологи в матеріалі. Вільна волога буде видаляться з матеріалу при будь-якій відносній вологості навколишнього середовища менше 100%. Видалення зв'язаної вологи можливо лише при тій відносній вологості навколишнього середовища, який відповідає вологість матеріалу більша рівноважної. На нашому рисунку вся область, де матеріал може сушитися, заштрихована. При гігроскопічному стані матеріалу, що відповідає області над кривою рівноважної вологості, можливо тільки зволоження матеріалу, але не його сушіння.