max = p WILGOTNOŚĆ MAS I SUROWCÓW WILGOTNOŚĆ BEZWZGLĘDNA odniesiona do masy materiału bezwzględnie suchego m s

Transkrypt

1 SUSZENIE PAROWANIE WODY ZE SWOBODNEJ POWIERZCHNI W wyniku arowania nad cieczą tworzy się warstewka ary nasyconej o temeraturze równej temeraturze arującej cieczy. Parowanie jest to zatem dyfuzja ary rzez tę warstewkę. Gruość warstwy dyfuzyjnej zależy od szykości rzeływu azu nad owierzchnią cieczy: im szykość ta jest większa, tym warstwa dyfuzyjna ma mniejszą ruość i tym szyszy jest roces arowania. Szykość arowania zależy także od różnicy ciśnienia ary nasyconej w temeraturze arującej cieczy i ciśnienia cząstkoweo ary w otaczającym azie. Powyższe zależności ujmuje rawo Daltona: V C ( ) 760 = V- rędkość arowania wody z jednostki owierzchni /h m 2, C wsółczynnik zależny od rędkości rzeływu azu (owietrza) nad owierzchnią cieczy /h m 2, - ciśnienie ary nasyconej w temeraturze arującej cieczy (wody), czyli ciśnienie nasycenia w mmh, ciśnienie cząstkowe ary w otaczającym azie w mmh, ciśnienie arometryczne mmh, WILGOTNOŚĆ MAS I SUROWCÓW WILGOTNOŚĆ BEZWZGLĘDNA odniesiona do masy materiału ezwzlędnie sucheo m s mw ms W = 100% m m w masa materiału wilotneo, m s masa materiału sucheo, WILGOTNOŚĆ WZGLĘDNA odniesiona do masy róki wilotnej mw ms W w = 100% m s w

2 RODZAJE WODY W MATERIAŁACH CERAMICZNYCH 1. Woda związana chemicznie w ostaci ru hydroksylowych OH - wchodzi w skład związku w ściśle określonym stosunku stechiometrycznym. Usunięcie owoduje zniszczenie struktury materiału i zachodzi w temeraturach znacznie rzekraczających temeratury suszenia. 1. Pozostała woda w materiałach: a) woda swoodna oddziela odsunięte od sieie ziarna materiału, ) woda kailarna wyełnia szczeliny między ziarnami materiału, c) woda adsorcyjna zaadsorowana na owierzchni ziaren, d) woda międzyakietowa wchodzi w sosó uorządkowany omiędzy akiety minerału n. w montmorylonicie, PODZIAŁ PROCESU SUSZENIA NA OKRESY K A A B R K Okres oadającej rędkości suszenia skurczliwość wyroy o wilotności W k kurczą się nieznacznie lu wcale, szykość suszenia sada, o kailary wyełnione są wodą o owierzchni wklęsłej krzywe K-R Okres stałej rędkości suszenia skurczliwość = ilości odarowanej wody, szykość suszenia stała i równa szykości arowania ze swoodnej owierzchni cieczy krzywe A-K

3 B A Wilotność [%] W k W r K R Czas Odcinek B-A cieło dostarczane zużyte jest na orzanie wyrou, sadek wilotności jest nieznaczny, Odcinek A-K okres stałej szykości suszenia, Odcinek K-R okres oadającej rędkości suszenia, Wilotność równowaowa W r wysuszony wyró na owierzchni ziaren materiału adsoruje wiloć z owietrza, roces ten ustaje, dy rężność ary wodnej nad owierzchnią wyrou zrówna się z rężnością ary wodnej w owietrzu. Wartość W r zależy od wilotności wzlędnej owietrza ϕ, temeratury i rodzaju materiału. DYFUZJA WODY W SUSZONYM MATERIALE Podczas suszenia, wskutek arowania wody z owierzchni wystąi ewna różnica wilotności owierzchni i wnętrza wyrou, czyli owstanie tzw. radient wilotności. Gradient ten jest rzyczyną rzemieszczania się wody z miejsc o wyższej wilotności do miejsc o niższej wilotności. Matematyczne ujęcie dyfuzji wiloci: m = k ρ Δ u d m d - masa cieczy rzenikającej wewnątrz materiału w jednostce czasu na jednostkę owierzchni, ρ 0 ęstość sucheo materiału, k wsółczynnik charakteryzujący rzemieszczanie się wiloci wewnątrz materiału od wływem różnicy wilotności w różnych warstwach teo materiału, Δu radient wilotności, 0

4 Wsółczynnik k zależy: 1. od temeratury materiału im wyższa temeratura tym niższa lekość wody tym wyższa wartość wsółczynnika k, 2. od sosou związania wody wartość wsółczynnika k jest większa dla wody słaiej związanej (woda swoodna), 3. od rozmiaru ziaren im mniejsze ziarna, tym droniejsze ory tym mniejsze k, Orócz radientu wiloci wystęuje również radient temeratury w wyroie. Z miejsc o temeraturze wyższej jest transortowana wiloć do miejsc o temeraturze niższej, zodnie z kierunkiem strumienia cieła. m ( ) d = k ρ0 Δ u± σδ t PRZYSPIESZANIE PROCESU SUSZENIA Proces suszenia olea na odarowaniu wody z materiału. Gdy wilotność materiału jest większa od wilotności krytycznej W k woda aruje z owierzchni. Jej uytek jest komensowany droą dyfuzji wiloci z wnętrza wyrou. Gdy wilotność materiału jest mniejsza od W k wówczas arowanie zachodzi w oręie orów (kailar), a ara dyfunduje do owierzchni. Przysieszanie rocesu suszenia: 1. zwiększenie oddawania cieła wyroom rzez medium suszące (zwiększanie różnicy temeratur między azem i ciałem oraz odwyższanie rędkości rzeływu azu), 2. zwiększenie różnicy omiędzy rężnością ary wodnej w medium suszącym i nad owierzchnią suszoną (rzez oniżenie wilotności wzlędnej azu), Uytek wiloci z wyrou ociąa za soą kurczenie się wyrou. Warstwy liższe owierzchni wyrou są ardziej suche niż wnętrze. W efekcie w warstwach owierzchniowych owstają narężenia rozciąające, rowadzące do sękań wyrou. Narężenia te można zmniejszyć alo rzez zmniejszenie odrowadzania rędkości wody z materiału alo rzysieszenie dyfuzji wiloci z wnętrza wyrou. Zastosowanie ierwszeo ze sosoów jest nieołacalne, dyż wydatnie wydłuża czas suszenia. Zatem zwykle rzysiesza się rędkość dyfuzji wiloci z wnętrza wyrou. Wsółczynnik k wzrasta wraz z oniżeniem lekości wody, lekość wody silnie maleje wraz z wzrostem temeratury.

5 Dlateo zwykle wyroy suszy się w wysokiej temeraturze ( o C) tak ay masa yła równomiernie orzana, rzy unikaniu zyt wałtowneo osuszenia owierzchni, a zatem rzy wysokiej wilotności wzlędnej azu (70-80%). Gdy nastąi wyrównanie temeratury w wyroach, oniża się stoniowo wilotność azu, rzy zachowaniu wysokiej temeratury. W wnętrze wyrou Wilotność [%] W k owierzchnia wyrou I. Powietrze o niskiej temeraturze i wysokiej wilotności wzlędnej W Czas wnętrze wyrou Wilotność [%] W k II. Powietrze o niskiej temeraturze i niskiej wilotności wzlędnej owierzchnia wyrou Czas W wnętrze wyrou Wilotność [%] W k III. Powietrze o wysokiej temeraturze i wysokiej wilotności wzlędnej owierzchnia wyrou Czas

6 WŁASNOŚCI CZYNNIKA SUSZĄCEGO Powietrze łącznie z arą wodną owietrze wilotne. Powietrze zawierające w danej temeraturze możliwie największą ilość ary owietrze nasycone, ara znajdująca się w takim owietrzu ara nasycona. Jeżeli ilość ary jest mniejsza owietrze nienasycone, ara nazywana jest arą rzerzaną. Stosunek wilotności ezwzlędnej do ezwzlędnej wilotności maksymalnej nazywany WILGOTNOŚCIĄ WZGLĘDNĄ ϕ γ 100% ϕ = = 100% γ T WILGOTNOŚĆ BEZWZGLĘDNA POWIETRZA γ masa ary wodnej zawarta w 1m 3 owietrza wilotneo, Wszelakie rzemiany zachodzą rzy stałym ciśnieniu, zaś zawartość wilotności ezwzlędnej zależy od temeratury (ojętości). Wielkością charakteryzującą wilotność niezależną od zmian temeratury jest WILGOTNOŚĆ BEZWZGLĘDNA MASOWA: masa ary wodnej m x = Y = = [k H masa owietrza sucheo m 2 O/k ow.sucheo] ϕ x = 0,622 ϕ - ciśnienie cząstkowe ary wodnej, ciśnienie anujące w suszarni=ciśnieniu atmosferycznemu, ciśnienie cząstkowe ary w owietrzu nasyconym, PUNKT ROSY Przy ochładzaniu owietrza nienasyconeo w ewnej ściśle określonej temeraturze można zaoserwować wytrącanie się mły wodnej owietrza. Temeratura odowiadająca temu stanowi nosi nazwę temeratury rosy lu unktu rosy. Ciśnienie cząstkowe ary równa się najwyższemu ciśnieniu, wilotność ezwzlędna γ osiąa najwyższą wartość γ w danej temeraturze a wilotność wzlędna ϕ=100%.

7 WILGOTNOŚĆ WZGLĘDNA POWIETRZA ϕ = ' stąd ϕ = ϕ T ciśnienie cząstkowe ary wodnej, ciśnienie ary wodnej nasyconej w danej temeraturze, = ϕ 100% WILGOTNOŚĆ BEZWZGLĘDNA MASOWA masa ary wodnej m M ϕ x = Y = = = masa owietrza sucheo m M ( ϕ ) M - masa cząsteczkowa ary wodnej, M masa cząsteczkowa owietrza sucheo, = 0,662 ϕ ϕ Zodnie z rawem Daltona =. zatem = ow sucheo + ow. sucheo Stosunek rężności arcjalnych składników =stosunkowi ułamków molowych y = = ow. sucheo y ow. sucheo m m ϕ M m x( Y ) = = = = m ϕ M M M M M stąd x(y) można wyrazić nastęującym wzorem ϕ M ϕ x = Y = = 0,662 ϕ M ϕ WILGOTNOŚĆ BEZWZGLĘDNA PROCENTOWA x γ = Z = 100 % = ϕ x

8 ENTALPIA WILGOTNEGO POWIETRZA Entalię wilotneo owietrza odnosi się do sumy 1k owietrza sucheo i x k wiloci rzyadającej na 1k owietrza sucheo. I = i + xi i entalia 1k owietrza sucheo [kcal/mol], i entalia 1k ary wodnej [kcal/mol], x zawartość wiloci w [k/k] Dla owietrza sucheo i wynosi: i = c c cieło właściwe, w zakresie niskich temeratur c =0,24 kcal/mol, t temeratura owietrza [ o C], Zatem: i = 0, 24 t Entalia ary wodnej w niskich temeraturach: i = , 47t Zatem entalia I wynosi: I = 0,24t + 595x + 0, 47t x [kcal/k owietrza sucheo] 1 [cal]=4,187 [J] t WYKRES I-x (entalia zawartość wiloci) WYKRES RAMZINA MOLLIERA Przy znajomości dwu z ięciu wartości można odczytać rakujące dane: ciśnienie cząstkowe ary w wilotnym owietrzu [mmh], x zawartość wiloci w k na k sucheo owietrza [k/k], t temeratura [ o C], I entalia owietrza [kcal/k] owierza sucheo, ϕ - wilotność wzlędna [%], Również z wykresu I-x można odczytać temeraturę unktu rosy t r [ o C]

9 Konstrukcja wykresu I-x: 1. od kątem narysowanie osi: x wiloci i y entalii, 2. wykreślenie linii ionowych x=const i linii ukośnych I=const, 3. wykreślenie linii izoterm t=const zodnie z równaniem I = 0,24t + 595x + 0, 47t x 4. wykreślenie zależności =f(x) czyli zależności ciśnienia cząstkoweo ary od zawartości wiloci zodnie ze wzorem x = 0,622 x = 0,622 + x ciśnienie atmosferyczne, 5. wykreślenie krzywej nasycenia ϕ=100%, wartość ciśnienia cząstkoweo w owietrzu nasyconym 1 dla danej temeratury odcina się na osi ciśnienia i rowadzi się oziomą linię do rzecięcia się z krzywą =f(x), otrzymuje się unkt a, z unktu a rowadzi się ionową linię do odowiedniej izotermy t 1, otrzymuje się unkt 1. Podonie dla innych wartości. 6. wykreślenie krzywych ϕ=50% it., Krzywa nasycenia dzieli wykres na dwie części: órna odowiada stanowi owietrza nienasyconeo, dolna stanowi owietrza rzesyconeo (tzw. oszar mły, w owietrzu rozroszone są kroelki wody)

10 WYKRES I-x (WYKRES RAMZINA-MOLLIERA)

11 ZADANIA ZADANIE 1 Posłuując się wykresem Ramzina-Molliera (I-x) znaleźć rakujące dane wiedząc, że: a) owietrze używane w suszarni ma wilotność wzlędną 60% i temeraturę 45 o C, ) entalia owietrza wynosi 54 kcal/k owietrza sucheo zaś zawartość wiloci jest równa 65 H 2 O/k owietrza sucheo, c) ciśnienie arcjalne ary wodnej w owietrzu wynosi 25 mmh entalia teo owietrza jest zaś równa 30 kcal/k owietrza sucheo, ZADANIE 2 Oliczyć wilotność wzlędną i ezwzlędną materiału wiedząc, że masa materiału wilotneo wynosi W materiale zawarte jest 350 wody. ZADANIE 3 Pod ciśnieniem atmosferycznym w owietrzu o 60% wilotności wzlędnej ciśnienie arcjalne ary wodnej wynosi 30 mmh. Wyznaczyć zawartość wiloci w tym owietrzu, ciśnienie arcjalne ary nasyconej i ciśnienie arcjalne owietrza sucheo.