Швидкість висихання

Швидкість сушіння регулюється швидкістю подачі тепла на виріб, швидкістю вивільнення внутрішньої вологи продукту з поверхні та швидкістю видалення вологого повітря із зони, що оточує виріб.

Пов’язані терміни:

Температура повітря
Сушка розпиленням
В'язкість
Випаровування
Білок
Діафільтрація
Процес сушіння

Завантажити у форматі PDF

Про цю сторінку

Операційні підрозділи

Час висихання

Час, необхідний для досягнення бажаного стану сухості, можна знайти, інтегруючи вирази для швидкості сушіння відносно часу. За постійних умов сушіння та протягом періоду постійної швидкості сушіння з рівняння (11.158):

Оскільки Nc і Ms постійні під час сушіння з постійною швидкістю, єдиними змінними в рівнянні (11.166) - це X і t. Розділення змінних та інтегрування дає:

Рівняння (11.168) використовується для оцінки Δt, часу, необхідного для висихання твердих речовин від початкового вмісту вологи X0 до кінцевого вмісту вологи X1, коли швидкість сушіння є постійною. З визначення швидкості висихання в рівнянні (11.158), X0 та X1 - вміст вологи, виражений на основі сухої маси, з використанням одиниць, наприклад, кг кг -1 сухої твердої речовини.

Під час періоду швидкості сушіння швидкість N сушіння вже не є постійною. Рівняння часу висихання протягом цього періоду можна розробити залежно від співвідношення між N і X та властивостями твердої речовини. Кінетичні моделі для прогнозування кривої швидкості сушіння, в тому числі під час періоду падіння, коли внутрішні механізми тепло- і масообміну обмежені, описані в іншому місці [43] .

Час сушіння під час постійної швидкості сушіння

Обложений фермент фільтрують, а тверді речовини фільтра промивають і сушать перед упаковкою. Промитий осад на фільтрі, що містить 10 кг сухих твердих речовин і 15% води, виміряних на вологій основі, сушать у сушарці для лотків при постійних умовах сушіння. Критичний вміст вологи становить 6%, суха основа. Площа, доступна для сушіння, становить 1,2 м 2. Температура повітря в сушарці становить 35 ° C. При використаній вологості повітря температура поверхні вологих твердих речовин становить 28 ° C. Коефіцієнт тепловіддачі становить 25 Дж м −2 с −1 ° С −1. Який час сушіння потрібен, щоб зменшити вміст вологи до 8%, мокра основа?

Рішення

Початковий і кінцевий вміст вологи, виражений на мокрій основі, повинен бути перетворений на суху основу:

Оскільки X1 більше критичного вмісту вологи Xc = 0,06, вся операція сушіння відбувається з постійною швидкістю сушіння. Рівняння (11.165) використовується для визначення значення Nc. З таблиці D.1 у Додатку D, прихована теплота випаровування Δhv для води при температурі 28 ° C, температура поверхні твердих речовин, де відбувається випаровування, становить 2435,4 кДж кг -1. Тому:

Застосовуючи рівняння (11.168) для розрахунку часу сушіння:

Час, необхідний для сушіння, становить 2,9 год.

Сушіння

Джон Р. Вагнер-молодший,. Гарольд Ф.Джайлз-молодший, у Екструзії (друге видання), 2014

34.1 Визначення сушіння та фактори, що впливають на сушіння

Сушіння відбувається, коли існує перепад тиску пари між вологою гранул та навколишнім повітрям. Волога мігрує до середовища з найнижчим тиском пари. Якщо повітря сухіше гранул, волога мігрує з гранул у повітря. З іншого боку, якщо вологість у повітрі більша, ніж у гранулах, вода мігруватиме до гранул. Процес видалення вологи зсередини гранул відбувається шляхом дифузії і вимагає часу. Оскільки волога мігрує з поверхні гранул у повітря (припустимо, повітря має менший вміст вологи), волога з центру гранул дифундує на поверхню гранул, де вміст вологи нижчий. Нагрівання гранул збільшує дифузію вологи через гранули. Це також збільшує міграцію вологи з поверхні гранул у повітря.

Терміни, що використовуються для опису факторів сушіння, такі:

Відсоток вологи у пластиці

Відносна вологість - це фактична вологість повітря порівняно з повітрям, насиченим водою при цій температурі. Чим вище температура повітря, тим більше вологи може утримувати повітря. Спекотне літнє повітря може вміщувати значно більше вологи, ніж холодне зимове повітря. Так само гаряче повітря в сушильній шафі може утримувати більше вологи при більш високій температурі. Якщо гаряче повітря має високу вологість, пластмаси можуть легко вбирати вологу з повітря, збільшуючи вміст вологи. Точка роси повітря визначає вологість повітря. Точка роси - це температура, при якій волога конденсується з повітря. Нижча вологість у повітрі корелює з нижчою точкою роси. Точка роси -20 ° C -4 ° F означає, що повітря потрібно охолодити до -4 ° F (20 ° C), перш ніж волога буде конденсуватись із повітря. Якщо точка роси становить -20 ° C, відносна вологість повітря в 121 ° C є дуже низькою, і це сприяє міграції вологи з гранул у повітря. Ваговий відсоток вологи в пластмасі задано рівнянням (34.1):

П’ять відсотків вологи означає, що кожна 100 фунтів пластикової смоли насправді важить 95 фунтів, оскільки вона містить 5 фунтів води.

Фактори, що впливають на швидкість сушіння, такі:

Температура повітря навколо гранул - при більш високих температурах повітря може утримувати більше води, і швидкість дифузії в гранулах швидша.

Точка роси повітря - нижча точка роси повітря знижує вміст вологи у повітрі та забезпечує більшу рушійну силу для міграції води з гранул у повітря. Поєднання високої температури з низькою температурою роси генерує більший перепад тиску між вологою у пластиці та повітрям.

Вагові відсотки вологи в пластиці - більший вміст вологи вимагає більше часу для видалення або зменшення вологи до прийнятної концентрації.

Потік повітря навколо гранул - Потік повітря навколо кожної гранули має вирішальне значення для видалення вологого повітря (повітря, де волога вже мігрувала з гранул у повітря) і заміни його сухим повітрям. Нове сухе повітря підтримує перепад тиску пари між повітрям і поверхнею гранул. Потік повітря, необхідний для правильної сушки, залежить від пластичної теплоємності та температури сушіння на повітрі. (Теплоємність - це тепло, необхідне для підняття певної маси на один градус.)

Таблиця 34.4. Деякі типові умови висихання смоли

Вміст вологи в смолі,% Температура сушіння, ° F (° C) Типовий час сушіння, h ∗

ABS	0,05	175 (79)	2–3
Полікарбонат	0,02	250 (121)	4
Полібутилентерефталат	0,02	275 (135)	2–4
Поліетилентерефталат	0,01	300 (150)	2–6
Поліфеніленсульфід	0,02	300 (150)	4
Ацеталь	0,02	210 (99)	2
Стирол акрилонітрил	0,02	190 (88)	3

Загальна рекомендація щодо потоку повітря сушарки - 1,0 кубічного фута на хвилину (куб. М) повітря на фунт пластику, що переробляється на годину.

Обробка порошків та технологічне обладнання

Швидкість висихання

Протягом періоду постійної швидкості сушіння швидкість сушіння Rc, очевидно, дорівнює швидкості випаровування з вільної поверхні води:

де G - маса сухого матеріалу, кг; S - площа висихання матеріалу, м 2; w - вміст води на сухій основі (кг води/кг сухого матеріалу); k - коефіцієнт масопередачі плівки, кг/(м 2 · год · ΔH); H - вологість (кг води/кг сухого повітря); Hm - насичена вологість при tm (кг води/кг сухого повітря); τ - час висихання, год.

Коли тепло подається лише від гарячого повітря, температура матеріалу t m дорівнює температурі вологої колби повітря tw. Тоді,

де rw - теплота випаровування води при tw (кДж/кг).

На зменшення швидкості сушіння Rd сильно впливають властивості матеріалу та спосіб сушіння. Цю швидкість сушіння можна оцінити [3] за

де ρs - щільність твердого речовини (кг/м 3), δs - модифікований радіус частинок (м), c - питома теплоємність матеріалу (кДж/(кг · ° C)), ts - температура частинки.

Рівняння (23) є основним рівнянням кінетики сушіння, але для його використання необхідно знати залежність вмісту води від часу сушіння. Отримати цю залежність можна вирішенням диференціальних рівнянь системи тепло- і масообміну, що є дуже складним завданням. Орієнтовні відповіді на рівняння спрощують задачу. Таким чином, Ликов [4] пропонує інший метод, замінюючи криву зменшення швидкості сушіння прямою лінією. Тоді період зменшення швидкості висихання можна описати як

де K - коефіцієнт пропорційності, званий коефіцієнтом сушіння.

Якщо частина, що залежить від стану, лише витягується, коефіцієнт сушіння може бути представлений:

де κ - відносний коефіцієнт висихання.

Як і слід із рівняння (24), K - коефіцієнт нахилу прямої лінії і визначається таким чином:

Інтегрування рівняння (24) дає

Беручи логарифм останнього виразу, ми отримуємо приблизне рівняння кривої швидкості сушіння

Знаючи коефіцієнт сушіння, можна визначити зменшується час сушіння, і тому для визначення відносного коефіцієнта сушіння на практиці використовується проста залежність

Обробка порошків та технологічне обладнання

Швидкість висихання

Протягом періоду постійної швидкості висихання швидкість висихання R, очевидно, дорівнює швидкості випаровування вільної поверхні води:

де G - маса сухого матеріалу, кг; S - площа висихання матеріалу, м 2; w - вміст води на сухій основі (кг води/кг сухого матеріалу); k - коефіцієнт масопередачі плівки, кг/(м 2 ⋅ год); H - вміст вологи (кг води/кг сухого повітря); Hm - вміст вологи в насиченому повітрі при t м (кг води/кг сухого повітря); і τ - час висихання, год.

Коли тепло подається лише від гарячого повітря, температура матеріалу t m дорівнює температурі вологої колби повітря.

На зменшення швидкості сушіння Rd сильно впливають властивості матеріалу та спосіб сушіння. Цю швидкість сушіння можна оцінити [2] за

де ρs - щільність твердого речовини (кг/м 3); δs - модифікований радіус частинок (м); c - питома теплоємність матеріалу (кДж/(кг⋅К)); а ts - температура частинок.

Рівняння (14.9) є основним рівнянням кінетики сушіння, але для його використання необхідно знати залежність вмісту води від часу сушіння. Отримати цю залежність можна рішенням диференціальних рівнянь системи тепло- і масообміну, що є дуже складним завданням. Орієнтовні відповіді на рівняння спрощують задачу. Таким чином, Ликов [3] пропонує інший метод, замінюючи криву зменшення швидкості сушіння прямою лінією, що призводить до коливань зниженого критичного вмісту вологи, wcr (точка 'С' на схемі (рис. 14.10)). Тоді період зменшення швидкості висихання можна описати як

де K - коефіцієнт пропорційності, званий коефіцієнтом сушіння; weq - знижений вміст вологи.

Якщо окрему частину, що залежить від умов сушіння, виділити лише, коефіцієнт сушіння може бути представлений:

де κ - відносний коефіцієнт висихання; Rc - швидкість сушіння протягом періоду постійної швидкості сушіння (період до н.е. на рис. 14.10).

Як і повинно бути з рівняння (14.10), K - коефіцієнт нахилу прямої лінії, який визначається наступним чином:

Інтеграція рівняння (14.10) дає

Отримання логарифму останнього виразу дозволяє отримати приблизне рівняння кривої швидкості сушіння

Критичний огляд сучасних технологій сушіння бурого вугілля в промислових масштабах

3.4.2.2 Сушарка з киплячим шаром із зануреним нагрівачем

Незважаючи на те, що FBD забезпечують високі швидкості тепло- і масообміну, а також високу швидкість сушіння, а також запобігають перегріванню окремих частинок вугілля, можливе подальше підвищення теплової ефективності. З цією метою було розроблено новий тип FBD, який занурює теплообмінники в шар частинок. На основі цієї модифікації процес сушіння може бути досягнутий як за допомогою конвективного (газовий потік), так і кондукційного (занурені нагрівачі) механізмів, що дозволяють збільшити температуру та паропродуктивність [11]. Слід зазначити, що на коефіцієнти тепловіддачі сильно впливають місцеві гідродинамічні умови, які різняться залежно від положення, геометрії та властивостей внутрішнього елемента, характеристик газового потоку та форми шару [12] .

Функціональна обробка високопродуктивного одягу

6.2.2.2 Управління вологою

Текстиль повинен мати розумну гідрофільність, високу швидкість вбирання та високу швидкість сушіння, щоб бути ефективним у підтримці приємного мікроклімату та комфорту. Якщо гідрофільність занадто висока, як у випадку з природними волокнами, швидкість висихання може затримуватися, оскільки вода поглинається і утримується всередині волокна на більш тривалі періоди. Волога, що поглинається одягом, поступово зменшує теплоізоляцію та викликає ефект застуди після вправ, якщо час сушіння недостатньо швидкий. Дійсно, короткий час сушіння є однією з головних передумов гарного комфорту носіння спортивного одягу. Отже, слід досягти оптимального балансу між гідрофільністю, в’язкістю та властивостями швидкого висихання.

Найближча до шкіри тканина є найважливішою для підтримки комфорту. Зазвичай це м’яка шкіряна тканина, що складається з гідрофільних та/або пористих волокон, і призначена для відведення поту від тіла, підтримуючи приємний мікроклімат шкіри. Тканина, що наближається до шкіри, контролює температуру мікроклімату та вологість шкіри. При низькій метаболічній активності тканина повинна зменшувати рух повітря, оскільки мікроклімат підтримується нерухомим повітрям. При більш високій метаболічній активності тепло і волога повинні надходити з тканини для охолодження шкіри. Потім контроль вологи здійснюється шляхом поглинання, транспортування або вентиляції.

Поглинання зменшує вологість шкіри та зберігає відносний комфорт при помірних заняттях з обмеженим потовиділенням, тоді як у разі підвищеної метаболічної активності та інтенсивного потовиділення волога, що утримується в одязі, може зменшити ефективну теплоізоляцію, що знижує комфорт та спричиняє постчіллінговий ефект припинення діяльності. Отже, у більш високих умовах потовиділення слід застосовувати принцип транспортування, при якому піт відводиться від шкіри шляхом збивання та капіляризації, тим самим підтримуючи шкіру сухою.

Синтетичні волокна довговічні, прості в догляді, але в основному гідрофобні. Використання гідрофобного текстилю біля шкіри швидко підвищує вологість при потовиділенні; отже, гідрофобні тканини повинні бути сконструйовані для швидкого транспортування води за допомогою капілярних просторів між волокнами та нитками. Однак гідрофільні та/або гігроскопічні волокна поглинають і транспортують воду через саме волокно та капілярно, таким чином полегшуючи випаровування. Однак високогігроскопічні волокна можуть також призвести до більш тривалого часу висихання та меншого комфорту в ситуаціях сильного потовиділення. Цей механізм зазвичай міститься в природних волокнах, таких як шерсть.

Бавовна має чудові властивості для одягу, який носить у звичайному режимі зносу, включаючи лише обмежену кількість потовиділення. У цій ситуації бавовна може поглинати менші імпульси поту, отже, зберігаючи мікроклімат сухішим та комфортнішим. Але в області спортивного текстилю, який утворює більшу кількість поту протягом тривалого часу, бавовна рекомендується лише на зовнішній стороні двостороннього матеріалу та в поєднанні з синтетичною внутрішньою стороною до шкіри. Якщо бавовна використовується як єдиний або основний компонент волокна, текстиль просочується вологою і швидко мокне, прилипаючи до тіла.

Властивості управління вологою, як правило, оцінюються за допомогою водопоглинання, вертикального всмоктування, горизонтального всмоктування, повітропроникності, пропускання водяної пари, термостійкості та швидкості висихання. Окрім наведених вище методів, для оцінки комфорту також доступні термофізіологічні та сенсорні тести, такі як використання нагрітої конфорки, термічного манекена, а також випробування на людях.

Оптимального управління вологою можна досягти, додавши текстилю гідрофільні властивості, високу швидкість вбирання та швидкість висихання. Це можна отримати:

Модифікації волокна: додаванням гідрофільних хімічних речовин під час прядіння; за допомогою спеціальних поперечних перерізів для створення капілярності, що призводить до високої швидкості зведення та швидкості висихання. Синтетичні волокна є кращими, оскільки природні волокна, як правило, є гігроскопічними і мають більшу швидкість висихання.

Модифікації тканин: обробкою тканин гідрофільними пом’якшувачами, обробкою або покриттями.

Дизайн одягу: шляхом створення багатошарових гідрофільних та гідрофобних тканин для підвищення транспорту вологи та комфорту.

Adaptive - це приклад інтелектуальної обробки вологи з матеріалів, що запам'ятовують форму. Він має зворотну ньютонівську в’язкість, що означає, що при нижчих температурах в’язкість зменшується, і вона поглинає більше води, зберігаючи носія сухим. Тоді як при більш високих температурах в’язкість збільшується, виділяючи поглинену воду та охолоджуючи шкіру користувача. C_change - ще один приклад інтелектуальної обробки вологи та теплової обробки, яка реагує на зміну температури та активності. При високих температурах або під час аеробної активності структура мембрани c_change відкривається через більш високий рівень вологи в організмі, і надлишкове тепло виділяється. Під час неактивних періодів структура мембрани конденсується, зберігаючи тепло безпосередньо на тілі.