W y d z a ł C h e c z n y P o l t e c h n k a R z e s z o w s k a. I g n a c e g o Ł u k a s e w c z a Wojcech Pątkowsk Inżynera Checzna Procesowa Inżynera Boprocesowa Wykład VI SUSZENIE Katedra Inżyner Checznej Procesowej Wydzał Checzny, Poltechnka Rzeszowska
LITERTUR D. ntos, K. Kaczarsk, W. Pątkowsk Wyana cepła Of. Wyd. PRz, Rzeszów 202 K. Kaczarsk, W. Pątkowsk Podstawy przenoszena asy, Of. Wyd. PRz, Rzeszów 204 D. ntos, W. Pątkowsk Procesy równoczesnego ruchu cepła asy, Of. Wyd. PRz, Rzeszów 204 Cz. Strułło Podstawy teor technk suszena M. Serwńsk Zasady Inżyner Checznej Procesowej Praca zborowa pod red. Z. Zółkowskego Procesy dyfuzyjne terodynaczne skrypt Pol. Wrocławskej część;; 2; 3; K.W. Szewczyk Technologa bocheczna, Ofcyna Wyd. PW Tuszyńsk W., Budny J., Keszczewsk M. Inżynera aparatura przeysłu spożywczego, WNT, W-wa 97 L. Glder Suszene parowane drewna Chel., Płucennczak. Botechnologa: podstawy krobologczne bocheczne, PWN W-wa 998 M. Kordek, K. Haberko, - Suszarne pece przeysłu ceraczego Z. Kawala; M. Pająk; J. Szust Zbór zadań z podstawowych procesów nżyner checznej ; skrypt Pol. Wrocławskej cz.: I, II, III Praca zborowa pod red. J. Bandrowskego Materały poocncze do ćwczeń projektów z nżyner checznej skrypt Pol. Śląskej 2
Defncja procesu Suszene aterału wlgotnego należy do jednego z najczęścej stosowanych w przeyśle procesów jednostkowych. Usuwane wlgoc przeprowadza sę:a) echanczne (fltracja, wrowane), b) checzne, c) ceplne. Metody echanczne stosuje sę jako etody wstępne, w tych wypadkach gdy w surowcu wyjścowy zawera sę zbyt wysoke stężene wlgoc jego właścwe suszene byłoby za droge. W etodach checznych wykorzystuje sę właścwośc hgroskopjne welu aterałów. Te etody stosowane są wtedy, gdy chodz o newelke lośc ateralu wlgotnego, a co za ty dze newelke lośc usuwanej wlgoc. Metody powyższe ają znaczene w skal laboratoryjnej. Metody ceplne polegają na usuwanu wlgoc z aterału wlgotnego poprzez dostarczene aterałow energ ceplnej w takej lośc, by przeprowadzć zawartą w n w cekły stane skupena wlgoć w stan pary przenesenu jej asy do fazy gazowej oywającej z zewnątrz aterał suszony. Te etody stosowane są w skal przeysłowej najszerzej nazywane Procese suszena. Proces suszena wyaga dużych lośc energ ceplnej, w krajach uprzeysłowonych sęgającej 5-20% energ produkowanej, poneważ proces ten używany jest w welu gałęzach przeysłu: checzny, spożywczy, faraceutyczny, botechnologczny, ateralów budowlanych, aszynowy welu nnych. Dlatego znajoość zasad suszena przyczyna sę do wlaścwego, optyalnego sposobu prowadzena tego procesu. Proces suszena jest procese, w który występuje równoczesny ruch cepła asy. Bez dostarczena do układu energ ceplnej - ruchu asy by ne bylo lub odbywałby sę on bardzo powol. Często procesow suszena towarzyszy reakcja checzna. Ops ateatyczny procesu jest wówczas skoplkowany, a jeśl doday różnorodność aterałów poddawanych suszenu z punktu wdzena ch właścwośc fzykochecznych oraz sposobu wązana wlgoc, różnorodność budowy suszarek, sposobu dostarczana cepla, sposobu kontaktu faz borących udzal w suszenu, to należy stwerdzć, że uogólnony ops ateatyczny procesu jest bardzo skoplkowany rozbty na szereg przypadków szczególnych. 3
Suszene nazywa sę zespół operacj technologcznych, ających na celu zredukowane zawartośc wody w produkce przez jej wyparowane znejszene przez to aktywnośc wody do wartośc uneożlwającej rozwój drobnoustrojów, jak równeż ogranczene do nu przean enzyatycznych neenzyatycznych. O le zabezpeczene przed rozwoje drobnoustrojów pleśn uzyskuje sę już zwykle przy znejszenu zawartośc wody w produkce do ok. 5%, o tyle zahaowane przean typu enzyatycznego (nebakteryjnego) a zwłaszcza neenzyatycznego wyaga na ogół znejszena wartośc wody ponżej 5% nekedy nawet do -2%. Cechą charakterystyczną suszonych produktów spożywczych bez względu na ch perwotną konsystencję, jest uzyskane przez susz konsystencj stałej. Usunęce wody powoduje znejszene wag a czase objętośc suszonego aterału, co daje też duże korzyśc ze względu na koszt opakowana transportu agazynowana. Systey suszena Podobne jak nne operacje technologczne, suszene oże być realzowane okresowo, sposobe półcągły, cągły cągły-zautoatyzowany. Ogólne, nej lub bardzej już klasyczne systey suszena żywnośc ożna podzelć na naturalne sztuczne. Suszene naturalne wykorzystuje bezpośredno cepło proenowana słonecznego cepło zawarte w powetrzu, w zwązku z ty wyróżna sę:-suszene słoneczno-powetrzne jest stosowane na dużą skalę w rejonach cepłych, odznaczających sę suchą słoneczną jeseną, gdze na wydzelonych ogrodzonych, odpowedno przystosowanych przestrzenach owoce, np. orele, ślwk, wnogrona czy daktyle lub fg, po uprzednej wstępnej obróbce poddaje sę suszenu na odpowednch "stach" w czase klku dn. -suszene wetrzno-powetrzne jest prowadzone w lekkej konstrukcj szopach lub na przestrzenach tylko osłonętych dache zaopatrzonych w stelaże ze słupowo ueszczony w nch sta z suszony aterałe, przy czy przepływające powetrze zewnętrze jest źródłe cepła oraz czynnke odprowadzający wodę wyparowaną z surowców. Suszene sztuczne wykorzystuje najbardzej typowe etody suszena za poocą cepła uzyskwanego z urządzeń grzejnych. Ze względu na sposób dostarczana cepła rozróżna sę: () Suszene kondukcyjne - kontaktowe, (2) Suszene konwekcyjne, (3) owew adabatyczny, (4) owew zoterczny (5), radacyjne, (6) delektryczne, (7) sublacyjne (loflzacja), tp.; 4
Noeklatura - aterał wlgotny - aterał stały (cało stałe) zawerający w swy wnętrzu wlgoć w postac ceczy, z punktu wdzena ruchu asy traktowany jako nert faza cała stałego, - wlgoć - woda oraz wszystke ożlwe cecze organczne składnk wyenany, składnk kluczowy, - czynnk suszący - gaz odberający asę wlgoc z aterału wlgotnego w postac pary, borący udzał w ruchu asy jako nert faza gazowa, oże być jednocześne nośnke energ ceplnej. W wększośc wypadków przeysłowych układe suszący jest: wlgoć woda - czynnk suszący -- powetrze (ewentualne spalny o bardzo zblżony do powetrza składze) dlatego zależnośc wyprowadzone dla tego układu są podstawą do analzy echanzu procesu suszena. 5
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne Jest to wyodrębnona operacja jednostkowa, której podstawy oparte są na dwufazowy układze: woda - powetrze. Wyprowadzone zależnośc znajdują zastosowane w procese suszena. Sposoby wyrażana stężena w powetrzu wlgotny Y [kg wlgoc/kg such. gazu] - jest to np. dla układu: para wodna powetrze, stosunek asowy lośc pary wodnej zawartej w kg suchego powetrza nazywa sę wlgotnoścą bezwględną powetrza wlgotnego Wykorzystując równane stanu zapsane dla pary wodnej oraz dla suchego powetrza: p V RT M oraz p V RT M Y p p M M Y 0. 622 p P p T,pconst p p s - wlgotność wględna powetrza wlgotnego - podająca jaka jest zawartość rzeczywsta wlgoc w stosunku do wartośc w warunkach nasycena (równowag). Y 0. 622 p s P p s 6
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Sposoby wyrażana stężena w powetrzu wlgotny c.d. Podstawy teoretyczne Y Y s Nasycene powetrza wlgotnego V = V + V Objętość jednostkowa powetrza wlgotnego (objętość wlgotna) gdze: V - objętość jaką zajuje kg suchego powetrza; V - objętość jaką zajuje Y kg pary wodnej: Y T Y T V 22. 4 M M V 22. 4 273 29 8 273 7
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne Paraetry ceplne powetrza wlgotnego Entalpa powetrza wlgotnego Oblczena ceplne wyagają znajoośc entalp powetrza wlgotnego. Entalpę odnos sę do asy ( + Y ) kg powetrza wlgotnego, a ty say do kg powetrza suchego. Określana jest ona jako sua entalp kg powetrza suchego oraz entalp zawartej w n wlgoc Y : = + Y Entalpa powetrza suchego jest odnesona do teperatury t=0 o C w teperaturze t wynos: = c p t Dla entalp pary wodnej zawartej w powetrzu jako pozo odnesena przyjuje sę stan cekły w 0 o C. W oblczenach należy uwzględnć cepło parowana wody w tej teperaturze. Entalpa pary w teperaturze t wynos: = c p t + r 0. Suując otrzyujey: = c p t + Y (c p t + r 0 ) lub = (c p + Y c p ) t + Y r 0 Wprowadzając pojęce cepła wlgotnego: c H = c p + Y c p otrzyujey: = c H t + Y r 0 8
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne Równana służące do oblczana wlgotnośc bezwzględnej oraz entalp powetrza wlgotnego stanową podstawę do wyznaczana przean powetrza wlgotnego. W równanach tych występuje sześć welkośc: P; p s ; ; Y ; t;. W praktyce przyjujey P jako welkość znaną co plkuje znajoość wartośc p s dla zadanej teperatury. Zakładając dalej znajoość dwóch kolejnych paraetrów, oblcza sę (lub odczytuje z wykresu) dwa ostatne paraetry. Wykres psychroetryczny Garbera (Y-t) 9
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne Wykres psychroetryczny -Y Molera-Razna Y Y Y Y 0
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne Konstrukcja wykresu -Y Molera-Razna:. narysowane os: x wlgoc Y oraz pod kąte 35 0 os: y entalp, 2. wykreślene zokoncentrat (ln ponowych)y = const. oraz zoentalp (ln ukośnych) = const, 3. wykreślene ln zoter t = const zgodne z równane: = 0.24 t + 595 Y + 0.47 t Y = (c p + Y c p ) t + Y r 0, które na wykrese -Y przedstawa lnę prostą. Zakładając Y = 0 otrzyujey perwszy punkt przez który przechodz zoentalpa = c p t. Drug punkt otrzyany oblczając dla zadanej wartośc Y teperatury t. Następne przez te punkty prowadzy lnę prostą. Nachylene zoter wynos zwększa sę ze wzroste teperatury. Izotera t = 0 pokrywa sę z osą y. 4. wykreślene zależnośc p = f(y ) zgodne ze wzore: 5. wykreślene krzywej nasycena = 00% oraz krzywych dla wszystkch wartośc, korzystając z równana: Y 0. 622 p s P p p s Y P 0. 622Y
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne Konstrukcja wykresu -Y Molera-Razna c.d.: d 5) W ty celu, dla danej teperatury t odczytujey z tabel p s dla zadanej wlgotnośc oblczay Y. Punkt o współrzędnych (t, Y ) nanosy na wykres. Następne powtarzay powyższe czynnośc dla kolejnych teperatur. Krzywa nasycena dzel wykres na dwe częśc: górna odpowada stanow powetrza nenasyconego, dolna stanow powetrza przesyconego (tzw. obszar gły, w powetrzu rozproszone są kropelk wody). Dla powetrza nenasyconego, <, prężność cząstkowa zawartej w n pary wodnej rośne ze wzroste teperatury tylko do teperatury wrzena, osągając najwyższą wartość Przy wyższych teperaturach stałej wartośc, prężność cząstkowa pary wodnej pozostaje prawe bez zan pokrywa sę z lną. Y 0.622 p p p s P 2
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Jeżel do powetrza przy stały P, o paraetrach punktu, doprowadzć (odprowadzć) pewną lość cepła Q oraz pary wodnej, to stan jego zen sę będze określony przez punkt B. Stan końcowy powetrza ne zależy od charakteru przeany, zate przeanę na wykrese -Y Molera-Razna wyraża sę odcnke ln prostej B. 3
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW 4
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Jeżel w przeane berze udzał powetrze wlgotne zawerające powetrza suchego, to lość cepła Q potrzebna do zany stanu powetrza ze stanu do stanu B oblcza sę równana: Q ( ) B Podobne asę dostarczonej pary wodnej wyraża równane: ( Y Y ) Y B Kerunek przeany (podgrzewana- ozębana; nawlgacana-suszena) określa jednoznaczne stosunek: który nos nazwę współczynnka kątowego przeany. Q Y Y Y B B Wartośc współczynnka kątowego przeany nanesone są na obwedn wykresu -Y. Przedłużene ln współczynnka kątowego przechodz przez begun B (początek układu współrzędnych). 5
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Wykres -Y Molera-Razna = (c p + Y c p ) t + Y r 0 Podstawy teoretyczne Skala /Y r c t Y 0 p Δ ΔY Δ ΔY 0 B 6
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne Teperatura suchego teroetru t jest to teperatura eszanny gazowo parowej, wyznaczona przez zanurzene w nej teroetru, którego czujnk ne jest zwlżony. Teperatura wlgotnego teroetru th jest to teperatura osągana przez ałą lość ceczy odparowującej do dużej lośc nenasyconej eszanny powetrza z parą wodną. Teperatura punktu rosy tr jest to teperatura, w której eszanna powetrza pary osągne stan nasycena, podczas chłodzena pod stały cśnene, bez kontaktu z fazą cekłą. Ponżej tej teperatury następuje kondensacja pary. 7
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne Teperatura punktu rosy na wykrese psychroetryczny -Y Molera-Razna Y t t r 8
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Teperatura wlgotnego teroetru Podstawy teoretyczne Etap I - początek t I = (t t) I ; p I = (p p ) I ; gdze: t, p to odpowedne paraetry kropl, t, p to odpowedne paraetry czynnka suszącego, przy czy p oznacza stężene wlgoc w czynnku suszący erzone cśnene parcjalny, p p s p* jest cśnene równowagowy wlgoc w teperaturze kropl t. Sły napędowe cepła oraz asy w Etape I stneją są dodatne - nastąp odparowane częśc asy kropl ruch asy pary od kropl do rdzena czynnka suszącego. Odparowane jest procese endoterczny będze zachodzć koszte cepła (energ wewnętrznej) zagazynowanego w kropl. Teperatura kropl t będze usała spadać. Etap II t 2 = 0; p 2 = (p* - p ) 2 przy czy p 2 < p. Sła napędowa ruchu cepła zanka poneważ teperatura kropl na skutek parowana obnża sę ostateczne zrównuje z teperaturą czynnka suszącego t = t. Sła napędowa ruchu asy w Etape II stneje dalej jest dodatna choć jej wartość jest nejsza nż w Etape I poneważ t II < t I, a węc także p * II < p * I. Następuje dalsze odparowane częśc asy kropl, które będze zachodzć koszte energ wewnętrznej (cepła) zagazynowanej w kropl. 9
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne Teperatura wlgotnego teroetru c.d. Etap III t 3 = (t kropl - t) 3 < 0; p 3 = (p* - p ) 3 > 0; przy czy p > p 2 > p 3. W ty etape sła napędowa ruchu asy będze nadal dodatna czyl strueń asy wlgoc będze zaslał fazę gazową. Sła napędowa ruchu cepła też jest dodatna - strueń oywającego powetrza będze dostarczał cepło kropl wody t 3 = (t - t kr ) 3 > 0. W ty etape teperatura kropl osągne: t kr3 t H, nazywaną teperaturą wlgotnego teroetru. W teperaturze t H nastąp zrównane sę struen ceplnych: q dostarczane przez powetrze = q na odparowane wody proces ruchu asy cepła staje sę ustalony (tyle odparuje wlgoc - le cepła dostarczy czynnk suszący). Cepło potrzebne do odparowana asy wody z kropl, którego strueń us być dostarczony z fazy gazowej (powetrza) wynos: q na odparowane wody = r H Strueń ten dostarczany jest z szybkoścą daną równane Newtona na wnkane cepła w powetrzu: q na odparowane wody = (t - t H ) 20
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Teperatura wlgotnego teroetru c.d. Podstawy teoretyczne Etap III c.d. Otrzyana para wodna wnka do powetrza otaczającego kroplę bo stneje sła napędowa ruchu asy - dyfuzj: p 3 = (p* - p ) 3, Y 3 = (Y s - Y ) 3, gdze: Y s - równowagowa wlgotność bezwzględna w powetrzu przy powerzchn ędzyfazowej; Y - wlgotność bezwzględna w rdzenu powetrza. Ta asa przenoszona jest z szybkoścą daną równane Newtona na wnkane asy w powetrzu: Y s Y 3 Y Podstawając tak oblczoną asę do równana blansu ceplnego przyrównując do sebe struene ceplne z blansu knetyk ruchu cepła otrzyujey: q = Y (Y s - Y ) r H = (t - t H ), a stąd: Jest to równane wlgotnego teroetru, gdze stosunek współczynnka wnkana cepła do wspólczynnka wnkana asy w faze gazowej dla układu woda - powetrze jest równy wyprowadzoneu powyżej cepłu wlgotneu: Y Ys Y t t r H Y H 0. 333 0. 333 c Pr D c p H Dla nnych rodzajów wlgoc: Sc c r H H 2
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne Teperatura punktu rosy oraz teperatura wlgotnego teroetru Na wykrese psychroetryczny Garbera t r Y = const. Y Teperatura punktu rosy t Y t H t Teperatura wlgotnego teroetru 22
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne Teperatura wlgotnego teroetru na wykrese psychroetryczny -Y Molera-Razna Y t t H 23
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne dabatyczne nawlżane powetrza Do koory, w której następuje dobry kontakt powetrza z wodą doprowadzay strueń powetrza o wlgotnośc Y teperaturze t. Powetrze przepływając przez aparat nawlża sę chłodz. Zakładay, że proces nawlżana zachodz w sposób adabatyczny oraz, że w koorze ustala sę równowaga. Poneważ część wody znajdująca sę w koorze odparowuje do powetrza, węc w sposób cągły lość jej jest uzupełnana przez doprowadzene wody o teperaturze t s (t s - teperatura nasyconego powetrza odpływającego z koory). Y,, t Y s, t s Y 2, 2, t 2 = t s Blansujey ceplne struene wlotowe oraz wylotowy w odnesenu do teperatury t s. Wówczas entalpa dodawanej w tej teperaturze wody jest równa zeru. 24
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne dabatyczne nawlżane powetrza c.d. - Entalpa powetrza wlotowego w stosunku do teperatury odnesena: gdze r s to cepło parowana wody w teperaturze t s. = c H (t - t s ) + Y r s - Entalpa powetrza wylotowego w stosunku do teperatury odnesena: le = 2 bo układ jest adabatyczny. 2 = c H (t s - t s ) + Y s r s Stąd: Y Y c t t r s H s s - równane ln adabatycznego nasycana. 25
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne dabatyczne nawlżane powetrza 26
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne t Meszane struen powetrza wlgotnego na wykrese psychroetryczny Y 2 -Y Molera-Razna blans asowy: + 2 = asa suchego powetrza blans ceplny: + 2 2 = lub: + n 2 = ( + n) blans asowy wlgoc: Y + 2 Y 2 = Y lub: Y + n Y 2 = ( + n) Y Jeśl: 2 n Stąd: n2 n Y Y ny2 n Skład własnośc powetrza zeszanego na wykrese Molera-Razna określa położene punktu leżącego na odcnku łączący punkty oraz 2. Położene punktu spełna regułę dźwgn. 27
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne t B Y Meszane struena powetrza z wodą lub z parą wodną na wykrese psychroetryczny -Y Molera-Razna Y blans asowy wlgoc: Y + = Y lub: = (Y - Y ) blans ceplny: + = lub: Y Y gdze entalpa - to entalpa doprowadzonej w fore wody lub pary wodnej wlgoc. Kerunek zany stanu powetrza przy jego zeszanu z wodą lub parą otrzyany z podzelena przez sebe równań blansowych jest następujący: Y Y Y Y 28
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne Meszane struena powetrza z wodą lub z parą wodną na wykrese psychroetryczny -Y Molera-Razna Jeżel znay stan początkowy lub końcowy powetrza to prosta obrazująca proces nawlżana przebegać będze przez ten punkt będze równoległa do prostej łączącej begun z odpowedną kreską podzałk kerunkowej - = t B Y Y Y Y Y Y 29
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne METODY POMIRU WILGOTNOŚCI POWIETRZ a) Metoda psychroetryczna, b) Metoda grawetryczna, c) Metoda punktu rosy, d) Metoda hgroskopowa, e) Metody pośredne. 30
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne METODY POMIRU WILGOTNOŚCI POWIETRZ HIGROMETR Hgroetr włosowy: - napęty włos, 2 - układ dźwgnowy, 3 - wskazówka, 4 - skala wlgotnośc. Metoda grawetryczna polega na zerzenu przyrostu asy użytego adsorbentu wlgoc:p2o5, CaCl2, H2SO4. Metoda bardzo dokładna ale kłopotlwa skoplkowana. Używana jest do cechowana przyrządów nnych konstrukcj. 3
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne PSYCHROMETR Psychroetr składa sę z dwóch jednakowych teroetrów: suchego wlgotnego, którego czujnk jest zwlżony (stale otoczony fle wody). Psychroetr oże być zaontowany w aparace lub na rurocągu, gdze odbywa sę przepływ wlgotnego powetrza, którego wlgotność chcey zerzyć. Psychroetr ssana), w który przepływ o stałej szybkośc lnowej wokół teroetrów wywołany jest przez zaontowany wentylator. Wskazana psychroetru w postac różncy teperatur erzonych przez oba teroetry (różncy psychroetrycznej) ożna wstawć do wyprowadzonego równana wlgotnego teroetru. Nestety etoda obarczona jest błęde poarowy, który w ty równanu ne jest uwzględnony. Błąd ten jest znwelowany w zodyfkowany równanu: p ph Pt th p gdze: - szukana wartość wlgotnośc względnej powetrza w teperaturze suchego teroetru t cśnenu całkowty P; p s - cśnene nasycena pary wodnej w teperaturze suchego teroetru t cśnenu całkowty P; p H - cśnene nasycena pary wodnej w teperaturze wlgotnego teroetru t H cśnenu całkowty P; - współczynnk równana równy: s p s Psychroetr ssanna: - teroetr suchy, 2 - teroetr wlgotny, 3 - tkanna zwlżająca, 4 - kanał przepływu powetrza, 5 - wentylator proenowy, 6 - urządzene napędowe wentylatora 32
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne PSYCHROMETR 5 6.75 0 65 w Dla w > 4 [/s] ne jest koneczne wprowadzane poprawk na prędkość oywana. Dane psychroetryczne zebrane są w tablcach psychroetrycznych dołączonych do każdego zakuponego psychroetru. POMIR TEMPERTURY PUNKTU ROSY Metoda oblczena oparta na poarze teperatury rosy t r, w której rozpoczyna sę proces kondensacj pary wodnej z powetrza na gładkej powerzchn. = p p r s gdze: p s - cśnene nasycena pary wodnej w teperaturze suchego teroetru t cśnenu całkowty P; p r - cśnene nasycena pary wodnej w teperaturze punktu rosy t r cśnenu całkowty P. 33
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Podstawy teoretyczne POMIR TEMPERTURY PUNKTU ROSY Efekt Peltera (efekt teroelektryczny) polega na powstawanu różncy teperatury pod wpływe przepływu prądu elektrycznego przez złącze. Efekt Peltera zachodz na grancy dwóch różnych pół- lub przewodnków połączonych dwoa złącza (tzw. złącza Peltera). Podczas przepływu prądu jedno ze złącz uległo ogrzanu, a druge ochłodzenu. Ochłodzenu ulega złącze, w który elektrony przechodzą z przewodnka o nższy pozoe Ferego do przewodnka o wyższy. Odwracając przepływ prądu zjawsko ulega odwrócenu (ze względu na syetrę złącz). Cenka płytka krzeowa P, o dobrze wypolerowanej górnej powerzchn, pozostaje w kontakce ceplny z chłodzony stolke eleentu Peltera. Teperaturę powerzchn płytk ożna obnżać, regulując natężene prądu zaslającego eleent Peltera, a jej wartość erzyć za poocą teroetru cyfrowego z dokładnoścą 0, o C. Jeśl powerzchna płytk jest bardzo czysta, proeń laserowy, padając na ną prostopadle, pozostaje newdoczny przy obserwacj z boku. Pojawene sę gełk na powerzchn płytk powoduje rozproszene śwatła laserowego ułatwa znalezene teperatury punktu rosy zaczyna być wdoczna czerwona plaka na powerzchn płytk. 34
Statyka procesu suszena Sposoby wyrażana stężena w aterale wlgotny X [kg wlgoc/kg at. such.] - jest to stosunek asowy lośc pary wodnej zawartej w kg suchego aterału nazywa sę wlgotnoścą bezwzględną aterału wlgotnego b Jest to ułaek asowy lośc pary wodnej zawartej w kg okrego aterału nazywa sę wlgotnoścą aterału wlgotnego [kg wlgoc/kg at. wlg.] Masa wlgoc oże sę przenosć z aterału wlgotnego do czynnka suszącego, gdy cśnene równowagowe (nasycena) na powerzchn aterału jest wększe od cśnena pary wodnej w kontaktujący sę z ty aterałe powetrzu. Jednocześne różnca teperatur pownna być odwrotna. 35
Statyka procesu suszena Sposoby wyrażana stężena w aterale wlgotny Wzory do przelczeń zawartośc wlgoc w aterale. Początkowa asa aterału w kg Końcowa asa aterału 2 w kg Wlgoć odparowana = 2 -, 2 asy aterału wlgotnego 2 2 x x 2 x x 2 x x x 2 2 b b 2 b b 2 ( ) b b 2 x x x 2 2 x x x 2 2 2 x x x 2 2 b b b 2 b b b 2 2 ( ) b b 36
Statyka procesu suszena Przebeg sorpcj desorpcj przedstawono na rysunku. Przebeg tych ln jest różny. Zjawsko to nos nazwę hsterezy suszarnczej. Dla ałych wartośc < 0.5 proces sorpcj ożna opsać zoterą langurowską. Dla wększych wartośc a ejsce skraplane kaplarne, tworzy sę ensk wklęsły, cśnene nad enske aleje co ułatwa dalsze skraplane aż do uzyskana równowag. Brak jest pełnego, ateatycznego opsu ln równowag suszarnczej! Stan równowag suszarnczej charakteryzuje para stężeń równowagowych * = f(x) w teperaturze t. Znajdując w dośwadczenu szereg takch par stężeń równowagowych w danej teperaturze ożey wykreślć lnę równowag suszarnczej lna desorpcj. Przebeg ln równowag jest charakterystyczny dla danego aterału suszonego. 37
Charakterystyczne wartośc stężena Statyka procesu suszena Dokładna analza procesu suszena uożlwa wyprowadzene klku podstawowych pojęć stotnych dla teor technk suszena: wlgotność równowagowa X r aterału suszonego oznacza taką wartość wlgoc zawartej w aterale, do której ożna wysuszyć aterał w warunkach prowadzena procesu; wlgotność zwązana - asa wlgoc w aterale wlgotny dająca nejszą prężność nż cśnene nasycena w danej teperaturze; wlgotność nezwązana - asa wlgoc w aterale wlgotny, która stanow nadar w stosunku wlgoc zwązanej; wlgotność swobodna - asa wlgoc w aterale wlgotny, obejująca wlgotność nezwązaną oraz część wlgotnośc zwązanej (oprócz wlgotnośc równowagowej), która jest usuwana z aterału w procese suszena. 38
Knetyka procesu suszena Scheat aparatury badawczej do knetyk suszena konwekcyjnego przy przepływe wyuszony czynnka suszącego nad aterałe suszony. Materał suszony o początkowej ase ueszcza sę na szalce wag, która jest ueszczona jest we wnętrzu koory suszarnczej. Materał oywany jest struene powetrza (czynnk suszący), które nagrzane jest w podgrzewaczu zewnętrzny do określonej teperatury wlotowej posada ustaloną wlgotność. Przepływ gazu jest ustalony. W trakce suszena aterał trac wlgoć na rzecz płynącego powetrza, co erzone jest spadke asy aterału w określonych odcnkach czasu. 39
Knetyka procesu suszena Scheat aparatury badawczej do knetyk suszena konwekcyjnego przy przepływe wyuszony czynnka suszącego przez aterał suszony. 40
Knetyka procesu suszena Pod pojęce knetyk suszena rozuey erzone dośwadczalne zany średnej zawartośc wlgoc w aterale suszony oraz teperatury powerzchn lub wnętrza cząstk aterału. Podstawowy wykrese otrzyany z danych dośwadczalnych jest krzywa (knetyczna) suszena w układze współrzędnych X = f (). X 4
Knetyka procesu suszena Krzywą szybkośc suszena, otrzyuje sę przez różnczkowane krzywej suszena.. w I = w kr Uzyskane dane ogą być przedstawone w nny układze współrzędnych: w = f(x ) -krzywa szybkośc suszena, gdze w - szybkość suszena zdefnowana jest następująco: d s dx w d d [kg wlg./2s] Punkt teperatura początkowa aterału nejsza od teperatury powetrza, punkt teperatura początkowa aterału wększa od teperatury powetrza. Oówć zachodzące zjawska. 42
Knetyka procesu suszena D Krzywa teperaturowa szybkośc suszena, C I okres suszena B II okres suszena 43
Knetyka procesu suszena Na wszystkch trzech krzywych otrzyanych podczas suszena aterału ożna wyróżnć następujące, charakterystyczne okresy suszena: I okres suszena, (odcnek BC) - jest okrese o stałej szybkośc suszena. Wlgotność bezwzględna aterału zena sę wówczas od X B do X kr, II okres suszena (odcnek CD) - jest okrese o zennej szybkośc suszena. Wlgotność bezwzględna aterału zena sę wówczas od X kr do X k. Wlgotność X r ne jest najczęścej osągana. ad. I okres suszena, Szybkość suszena dla I go okresu suszena równa sę: T T dx wi ky Ys Y r d H H s 44
Knetyka procesu suszena Szybkość suszena wyrażay różne, w zależnośc od tego czy szybkość defnujey od strony ruchu asy czy od strony ruchu cepła. W praktyce oblczenowej nejsze błędy popełna sę prowadząc oblczena od strony ruchu cepła, operując współczynnke wnkana cepła w gaze oraz średną słą napędową ruchu cepła: T T H Od strony ruchu asy w zależnośc od sposobu wyrażena sły napędowej, od strony czynnka suszącego - powetrza lub od strony aterału suszonego, Y sy X X gdze: Y s - stężene wlgoc w gaze przy powerzchn ędzyfazowej, będące w równowadze z ceczą w teperaturze powerzchn aterału - teperaturze wlgotnego teroetru t H ; Y - rzeczywste stężene wlgoc w rdzenu czynnka suszącego - gazu; X kr - opsane wcześnej stężene krytyczne wlgoc w aterale (I okres suszena przechodz w II-g); X r - stężene równowagowe wlgoc w aterale (całkowty zank sły napędowej procesu). Szybkość suszena dla I go okresu suszena - brak jest oporów transportu asy po strone fazy stałej współczynnk przenkana asy k Y jest praktyczne równy współczynnkow wnkana w gaze Y. Szybkość całego procesu zależy od szybkośc wnkana w faze gazowej: w I = Y (Y s - Y ) = const, poneważ sła napędowa (Y s - Y ) jest stała! 45 kr r
Knetyka procesu suszena Szybkość dla I go okresu suszena w I zapsana od strony ruchu cepła: w I q r H t t H const. gdze: r H - cepło parowana odnesone do kg odparowanej wlgoc w teperaturze powerzchn aterału t H. Przyrównując szybkość suszena w I okrese suszena, wyrażoną za poocą ruchu asy oraz ruchu cepła do sebe przekształcając ożna otrzyać:równane adabatycznego nasycana powetrza parą wodną w postac równana wlgotnego teroetru: Ys Y t t r H Y H c r H H Interpretacja grafczna na wykresach psychroetrycznych została przedstawona. 46
Knetyka procesu suszena Z drugej strony ay defncję szybkośc suszena. W równanu defncyjny rozdzelay zenne całkujey strona: w s dx d I X kr X p s dx w I s w I X p dx X kr s w I X p X kr w I elnuje sę podstawając: w I q r H t t H const. V s rh r I ( t t ) a ( t t ) H s H X p X kr X p X kr H a - powerzchna właścwa 47
w Knetyka procesu suszena Szybkość suszena w I okrese suszena w I ożna także wyrazć operując słą napędową od strony aterału suszonego, czyl rozpatrując trójkąt prostokątny CDX kr : II okres I okres suszena w I = w kr C B w II = X + b. tgα = = k X w I w kr = k X (X kr X r ) 0 D X r X kr X p X Wyprowadzając defncję stałej suszena K I z defncj szybkośc dla I okresu suszena: K I wi X X s kr r d dx TT N w k Y Y k X X s H I Y s X kr r d d rh - od strony ruchu asy lub: K I ( t t ) a K H I r H s X X kr r T T H h r X X s H kr r - od strony ruchu cepła K I [/s] 48
Knetyka procesu suszena gdze: perwsza postać równana na K I dotyczy przypadku opływu czynnka suszącego nad warstwą aterału, a druga postać równana dotyczy przypadku przepływu czynnka suszącego przez warstwę aterału (w poprzek warstwy) o powerzchn właścwej a. Czas suszena w I szy okrese suszena I oże być zapsany następująco: I X I p X kr kr K X X r ad. II okres suszena, W II okrese suszena lość wlgotnoc nezwązanej jest za ała by pokrywać całą powerzchnę zewnętrzną cząstk fl wlgoc na powerzchn cząstk cała stałego zostaje przerwany (pojawają sę suche play) a następne całkowce zanka. Wlgoć zaczyna być dostarczana z wnętrza zarna szybkość procesu zaczyna być kontrolowana przez szybkość dyfuzj wewnętrznej. Rozróżnay prostolnowe zany szybkośc suszena (odcnek BC) oraz krzywolnowe zany szybkośc suszena (odcnek CD). 49
Knetyka procesu suszena Przebeg zany szybkośc suszena w II okrese suszena bardzo slne zależy od własnośc fzykochecznych aterału suszenego - ożey rozróżnć następujące jego przebeg: () perwszą grupę aterałów stanową aterały o prostolnowy przebegu szybkośc suszena. Taką krzywą szybkośc uzyskuje sę dla cenkch warstw szeroko porowatych aterałów kaplarno-porowatych jak np. paper lub karton. (2) druga grupa aterałów to aterały o wypukłej krzywej suszena. Ten rodzaj zależnośc otrzyuje sę podczas suszena tkann, cenkch skór, cast oraz typowych cał kolodalnych jak np. krochal. (3) trzeca grupa aterałów to aterały o wklęsłej krzywej suszena (3; 4). Ten rodzaj zależnośc obserwuje sę podczas suszena ceracznych aterałów porowatych (fajans, porcelana). 50
Knetyka procesu suszena (4; 5; 6) czwarta grupa aterałów to aterały o krzywej suszena z przegęce. Ten rodzaj zależnośc obserwuje sę podczas suszena cał o właścwoścach eszanych - kaplarnoporowatokolodalnych jak np. zboże, chleb, torf. Materały charakteryzujące sę jeszcze bardzej skoplkowaną, złożoną strukturą oraz kobnowany sposobe wązana wlgoc z aterałe suszony dają bardzej złożone krzywe szybkośc suszena od zaprezentowanych. Szybkość suszena dla II go okresu suszena jest zenna. W ty przypadku wychodzy z defncj szybkośc suszena otrzyujey: II X X k kr kr d X d X w w s s II X X k II [kg wlg./ 2 s] Jedyne w przypadku lnowej zany funkcj podcałkowej (w II = ax+b) - całka a rozwązane analtyczne: II s X kr w I X w IIk k w ln w I IIk 5
Knetyka procesu suszena W przypadku podstawena do równana stałej suszena K I równane na czas suszena II w II g okrese suszena przyjuje postać: II K I ln X X kr k X X r r suaryczny, knetyczny czas suszena będze dany wzore: X X X X ln kn I II K X X X X I p kr kr r kr r k r 52
Dynaka procesu suszena Ogólne zasady oblczana suszark etodą całkową Oblczena suszark obejują: sporządzene rozwązane blansów: aterałowego oraz energetycznego dla struen wlotowych wylotowych z suszark. Następne wyznaczene wyarów aparatu, zapewnających założoną w danych technologcznych wydajność produktu suszonego oraz dobór urządzeń towarzyszących suszarce: grzejnków, cyklonów, fltrów tp. Wynke są: wyary aparatu, zużyce energ, zużyce czynnka suszącego. Przedstawone ponżej oznaczena to asy w kg dla suszark okresowej lub przepływy asowe dla suszark cągłej. Welkośca odnesena są asa suchego powetrza zawarta w powetrzu wlgotny oraz asa suchego aterału zawartego w aterale wlgotny znajdujący sę w suszarce. Y 0 Y 2 X s X 2 s Struene wlgoc wpływające wpływające z czynnke suszący suszony. 53
lub Dynaka procesu suszena Ogólne zasady oblczana suszark etodą całkową c.d. Blans asowy (aterałowy) suszark Poneważ asa wlgoc na wloce us być równa ase wylotowej węc: Y X Y X 0 s 2 s 2 Y Y s X X 2 0 2 Zużyce czynnka suszącego oblczay z powyższego blansu asowego: = [ kg cz. susz.]; [ kg cz. susz./s] Y Y 2 0 lub: = [ kg cz. susz./ kg wlg.]; [ kg cz. susz./ kg wlg. s] zużyce właścwe czynnka suszącego Y2 Y0 54
Dynaka procesu suszena Ogólne zasady oblczana suszark etodą całkową c.d. Blans energetyczny (ceplny) suszark powetrze śweże PZ t 0 ; 0 ; Y 0 ; 0 t ; ; Y ; t 2 ; 2 ; Y 2 ; 2 S 2 ; t 2 ; X 2 powetrze zużyte t 0 t ; t ; X t 2 Y 0 Y Y 2 0 2 55
Dynaka procesu suszena Blans energetyczny (ceplny) suszark Sporządza sę go w kj/proces dla suszena okresowego lub kw dla suszena cągłego. Struene wlotowe cepła: cepło wnoszone z powetrze zewnętrzny (śweży) - 0 ; cepło dostarczone powetrzu w podgrzewaczu zewnętrzny - Q z ; cepło wnoszone z aterałe wlgotny - c p t ;, 2 asy aterału wlgotnego na wloce wyloce z suszark cepło wnoszone z urządzena transportowy suszark - t c pt t t ; cepło dostarczone powetrzu w podgrzewaczach wewnętrznych - Q w ; 56
Struene wylotowe cepła: Blans energetyczny (ceplny) suszark c.d. Dynaka procesu suszena cepło odprowadzane z powetrze odlotowy (zużyty) - 2 ; cepło odprowadzane z aterałe wysuszony - 2 c p t 2 ; cepło odprowadzane z urządzena transportowy suszark - t c pt t t2 ; cepło strat do otoczena - Q str ; W ustalonych warunkach prowadzena procesu sua cepła w struenach wlotowych będze równa sue cepła w struenach wylotowych: 0 + Q z + c p t + t c pt t t + Q w = 2 + 2 c p t 2 + t c pt t t2 + Q str 57
Dynaka procesu suszena Struene wylotowe cepła: Blans energetyczny (ceplny) suszark c.d. Operając sę na blanse wlgoc w aterale wlotowy: = 2 + ożey zapsać cepło wnoszone z aterałe wlgotny następująco: c p t = 2 c p t + c p t c p - cepło właścwe wlgoc Wprowadzając powyższą zależność do blansu ożey oblczyć cepło zużywane (dostarczane z zewnątrz) w procese suszena: Q = Q z + Q w = ( 2-0 ) + 2 c p (t 2 - t ) + t c pt (t t2 - t t ) + Q str - c p t 58
Blans energetyczny (ceplny) suszark c.d. Dynaka procesu suszena lub: Q = Q z + Q w = ( 2-0 ) + Q + Q t + Q str - c p t gdze: ( 2-0 ) - cepło zużywane na podwyższene entalp powetrza odlotowego; Q = 2 c p (t 2 - t ) - cepło zużywane na podgrzane aterału; Q t = t c pt (t t2 - t t ) - cepło zużywane na podgrzane urządzeń transportowych; c p t - cepło doprowadzane z wlgocą zawartą w aterale wlotowy. lub: q = qz + q w = [kj/ kg wlg.]; lub [ kw/ kg wlg.] ( 2-0 ) + q + q t + q str - c p t gdze: wartośc właścwego zużyca cepła q otrzyuje sę przez podzelene równana strona przez. Wówczas: ( / ) ( 2-0 ) to właścwe zużyce cepła dla powetrza odlotowego; q = Q / - właścwe zużyce cepła dla aterału; q t - właścwe zużyce cepła dla urządzeń transportowych, td. 59
Defncja: Jeśl: Q w = 0; Q = 0; Q t = 0; Q str = 0; a węc: q w = 0; q = 0; q t = 0; q str = 0; oraz: t = 0 o C; Wówczas: Q = Q z = ( 2-0 ) Suszarka teoretyczna Dynaka procesu suszena q qz lub: 2 0 Cepło dostarczane do suszark Q zużywane jest tylko na podwyższene entalp powetrza odlotowego. Taką suszarkę nazyway jednostopnową suszarką teoretyczną. 60
poneważ: węc: qq z Y 2 Y 0 Suszarka teoretyczna 2 0 B Y Y CD 2 0 2 0 Dynaka procesu suszena Odwzorowane procesu suszena w suszarce teoretycznej na wykrese -Y Molera-Razna (dalej pokażey, że = 2 ) powetrze śweże PZ S 2 ; t 2 ; X 2 t 0 ; 0 ; Y 0 ; 0 t ; ; Y ; t 2 ; 2 ; Y 2 ; 2 powetrze zużyte t 0 t ; t ; X t 2 Y 0 Y Y 2 0 2 6
Dynaka procesu suszena Blans ceplny wyrazlśy wzore: Suszarka rzeczywsta Q z = ( 2 0 ) + Q + Q t + Q str c p t Qw lub q = q z = ( 2 0 ) + q + q t + q str c p t q w lub (c p t + q w ) ( q + q t + q str ) = / ( 2 0 ) q z Różncę w lośc dostarczanego cepła do suszark ędzy suszarką teoretyczną a rzeczywstą określay jako dodatkowe straty cepła dla tej ostatnej. Różncę tę stanow wyrażene: = (q w + c p t ) (q + q t + q str ) - blans wewnętrzny suszark rzeczywstej. Równane blansu energetycznego dla jednostopnowej suszark rzeczywstej ożey teraz zapsać: q 2 0 Blans suszark teoretycznej przyponene q q z 2 0 62
Suszarka rzeczywsta Dynaka procesu suszena q 2 0 Wartość blansu wewnętrznego suszark rzeczywstej oże być różna: = 0; < 0; > 0 Jeśl = 0 to suszarka rzeczywsta pracuje jak teoretyczna; > 0 - Q w - lość cepła dostarczana do kaloryferów wewnętrznych suszark jest duża; < 0 - t - teperatura aterału wlotowego jest wysoka ne trzeba go podgrzewać do teperatury suszena. 63
Dynaka procesu suszena Blans energetyczny podgrzewacza zewnętrznego 0 + Q z = Q z = ( - 0 ) q q z 0 Suszarka teoretyczna Poneważ ówy o tej saej lośc cepła dostarczanej do podgrzewacza zewnętrznego a następne wyenanej w suszarce to: q 2 0 0 2 proces jest zoentalpowy adabatyczny! Suszarka rzeczywsta t 0 ; 0 ; Y 0 ; 0 powetrze śweże PZ t ; ; Y ; q 2 0 0 2 2 Proces begne po poltrope (patrz nterpretacja grafczna) 64
Dynaka procesu suszena Łącząc równana: 2 Y 2 Y 0 otrzyay: ( 2 ) ( 2 ) ( 2) Y Y Y Y 2 0 2 Powyższe równane jest równane ln prostej przechodzącej przez pewen punkt Y 3, 3. ( 3 ) Y Y 3 65
Dynaka procesu suszena Zastosowane wykresu -Y Molera-Razna do oblczana suszark Rozpatrzyy 3 przypadk szczególne: = 0 - przebeg procesu dla suszark teoretycznej, lub dla suszark rzeczywstej pracującej w reże suszark teoretycznej; > 0-2 > ; < 0 > 2 Na ln oberay dowolny punkt E w górę lub w dół od tego punktu odkładay odcnek: Przez punkt Y 3, 3 oraz Y, prowadzy prostą do przecęca sę z zoterą t 2. ( Y Y ) 3 3 E C C Zawsze zaczynay od nanesena na wykres przebegu procesu dla suszark teoretycznej jednostopnowej Y 3 66
Dynaka procesu suszena Suszarka z ędzystrefowy podgrzewane powetrza (z lub węcej kaloryfera wewnętrzny) B B D 2 D B 2 2 C 2 ; t 2 ; X 2 t PZ S 0 ; 0 ; Y 0 ; 0 t ; ; Y ; PW t 2 ; 2 ; Y 2 ; 2 powetrze śweże powetrze zużyte ; t ; X t 0 Y 0 0 t t Y 2 Y t 2 2 Y 3 ZYSK t < t Zużyce właścwe czynnka suszącego oraz cepła jest take sao jak w suszarce jednostopnowej CD B q CD n D D 2 n 2 n 2 B B D D CD Y 2 B CD Y 2 Y 2 0 Y 0 0 67
B Suszarka z recyrkulacją powetrza zużytego n 2 0 Dynaka procesu suszena t ; ; Y ; 2 ; t 2 ; X 2 PZ S t 0 ; 0 ; Y 0 ; 0 t ; ; Y ; t 2 ; 2 ; Y 2 ; 2 powetrze śweże powetrze zużyte B t t t 0 ; t ; X t 2 D D Y 0 0 Y Y Y 2 2 M ZYSK Y 0 2 C CM M t < t oraz Y > Y 0 q 2 Zużyce właścwe czynnka suszącego cyrk oraz cepła jest take sao jak w suszarce jednostopnowej cyrk Y 2 Y CD MB CD 68
Dynaka procesu suszena Ogólne zasady oblczana suszark etodą różnczkową Model dynak składa sę z równań blansu asowego oraz blansu energetycznego - zapsanych dla różnczkowego eleentu objętośc suszark:: s (X - dx ) + (Y + dy ) = s X + Y s ( + d ) + ( d ) + s d q str = s + gdze: = (c p + c p X ) t + r X ; ndeks - dotyczy paraetrów aterału w teperaturze t H = t. Po przekształcenu: s d X - d Y = 0 s d - d + s d q str = 0 dalej po podzelenu strona przez s : d X dy 0 d d d 0 qstr s s ) 2) dv d Y +dy Y X X -dx +d gdze: jednostkowe zużyce czynnka s suszącego na kg aterału suchego. May układ 2 równań o 5 newadoych! 2 Stężena 2 teperatury. Należy dodać jeszcze 2 równana aby otrzyać układ 4 równań o 5 newadoych! 69
Dynaka procesu suszena Ogólne zasady oblczana suszark etodą różnczkową c.d. Szybkość suszena = szybkość ruchu asy 3): N d s dx d d Szybkość suszena = szybkość ruchu cepła 4): gdze: entalpa pary w teperaturze powerzchn aterału s d q w t th d d r H T w T r H H k t H wynos: = c p t H + r 0 Y Y Y k X X Równana powyższe zapsuje sę w kopletowany układze równań w postac: s X kr r s d X + w d d = 0 s d = - w d d + q d d 5) jednostkowe zużyce czynnka s suszącego traktujey jako zenną nezależną. Otrzyany układ równań odel dynak suszark - należy scałkować nueryczne poneważ ne posada on rozwązana analtycznego, zakładając (optyalzując) jednostkowe zużyce czynnka suszącego jako 5-tego, nezależnego paraetru. Można porównać rozwązana dla różnych jego wartośc. 70
Dynaka procesu suszena Ogólne zasady oblczana suszark etodą różnczkową c.d. Możey poznać stotę oraz wynk całkowana, gdy przedstawy jego przebeg na wykrese -Y Molera- Razna. Istotą etody jest przedstawene na ty wykrese zany teperatury wlgotnośc w czase zarówno dla czynnka suszącego, co już uey robć, jak też dla aterału suszonego. Zasada jest znana: aby określć słę napędową przenkana asy lczoną od strony stężena w faze gazowej: Y * Y w suszarce jako wyennku asy, stężena wlgoc w aterale zaenay na równowagowe do nch stężena fazy gazowej. Przypadek współprądu 7
Dynaka procesu suszena Ogólne zasady oblczana suszark etodą różnczkową c.d. Przykład przedstawony na rysunkach jest rozwązywany dla suszark teoretycznej. Przypadek współprądu Dla czynnka suszącego: Dążyy do nanesena na wykres zan teperatury oraz wlgotnośc czynnka suszącego od wlotu do wylotu powetrza z suszark (punkty - wlot, poprzez 5 - konec I okresu suszena do k - konec suszena). Dla aterału suszonego : wlgotność aterału X w dany oence czasu zaenay na równowagowe stężene w faze gazowej:. Y * 72
Dynaka procesu suszena Ogólne zasady oblczana suszark etodą różnczkową c.d. - przypadek współprądu: Materał wlgotny na wloce do suszark (X p = X ) o teperaturze t (punkt P ) kontaktuje sę z powetrze wlotowy o Y p = Y 0 o teperaturze t (punkt ). Następne położene punktów po pewny czase, przy zane wlgotnośc powetrza o Y (przyjęce tej wartośc daje na krok calkowana), oblczay z różnczkowych równań blansu asowego oraz energetycznego zapsany teraz dla dowolnej pary punktów oraz P na drodze przez suszarkę. W I okrese suszena poruszay sę po ln nasycena = 00% do punktu P P 4 -P 5. Jednostkowe zużyce czynnka suszącego a być tak dobrane aby sła napędowa była cały czas Y * Y > 0 Y Przypadek współprądu Y k Y 5 73
Dynaka procesu suszena Ogólne zasady oblczana suszark etodą różnczkową c.d. - przypadek przecwprądu: Materał wlgotny na wloce do suszark (X p = X ) o teperaturze t (punkt P ) kontaktuje sę z powetrze wylotowy (zużyty) o Y k = Y 2 (punkt k ), a aterał wysuszony na wyloce z suszark (X k = X 2 ) (punkt P k ) z powetrze wlotowy (śweży) o Y p = Y 0 (punkt ). Jednostkowe zużyce czynnka suszącego a być tak dobrane aby sła napędowa była cały czas Y Y > 0, oraz by: = f(x k ) ało wartość wększą od: Y * * Y * > Y 0 > 0. To sao dotyczy sły napędowej przenkana cepla. Y =Y * p-y k Y 2 =Y * k-y p < 0 74
Zasady oblczana suszark Dynaka procesu suszena Ne a jednoznacznych reguł budowana odelu ateatycznego odelu dynak suszark. Jest to spowodowane różnorodnoścą aterałów suszonych (różnorodnoścą ch własnośc), jak też różnorodnoścą typów (konstrukcj) suszarek. Klasyfkacja suszarek Istneje klka sposobów klasyfkacj suszarek. Najczęścej wyberane są następujące, najważnejsze krytera klasyfkacj:. cśnene panujące w suszarce suszark atosferyczne próżnowe; 2. charakter pracy suszark : suszark okresowe cągłe; 3. sposób doprowadzana cepła; suszark konwekcyjne, kontaktowe, radacyjne, delektryczne; 4. konstrukcja suszark: suszark koorowe, taśowe, tunelowe, szybowe, bębnowe, walcowe, pneuatyczne, rozpyłowe, wbracyjne tp. Ta klasyfkacja narzuca:. sposób rozuena powerzchn jednoczesnej wyany cepła asy; 2. sposób budowy odelu dynak suszark sposób projektowana suszark. Z przedstawonego rozeznana lteraturowego wynkają następujące wnosk ogólne, podane w ponższej tabel: 75
Zasady oblczana suszark Dynaka procesu suszena Suszarka okresowa Układ równań różnczkowych dla eleentu dv Główny opór suszena leży w I okrese suszena Q k t k z Y k s X : sposób rozuena powerzchn jednoczesnej wyany cepła asy suszene kontaktowe - powerzchna grzewcza; suszene konwekcyjne - powerzchna oywana przez czynnk suszący; suszene radacyjne - powerzchna, na którą pada proenowane; tp. kn s Suszarka cągła Układ równań scałkowanych ędzy wlote a wylote Główny opór suszena leży w II okrese suszena I II K kn V V = a = V L S H W I W τ ρ s X X p kr X X kr r ln X X kr k X X [s], gdze: W średna wydajność suszark 6 [3] aterału, gdze: a L -[] długość koory suszark, S H przekrój poprzeczny koory r r d e 76
dzałana dzelą sę na: Konwekcyjne, Proennkowe, Proennkowo-konwekcyjne. Tunelowe, Koorowe. W zależnośc od rodzaju czynnka grzewczego suszark dzely na: Elektryczne, Olejowe, Gazowe (gaz zeny lub LPG), Parowe wodne. 77
NWILŻNIE I SUSZENIE GZÓW Zadana ZDNIE Posługując sę wykrese Razna-Mollera (-x) znaleźć brakujące dane wedząc, że: a) powetrze używane w suszarn a wlgotność względną 60% teperaturę 45 o C, b) entalpa powetrza wynos 36 [kcal/kg] powetrza suchego zaś zawartość wlgoc jest równa 39 [g H 2 O/kg powetrza suchego], c) cśnene parcjalne pary wodnej w powetrzu wynos 45 Hg entalpa tego powetrza jest zaś równa 42 [kcal/kg powetrza suchego], ZDNIE 2 Oblczyć wlgotność względną bezwzględną aterału wedząc, że asa aterału wlgotnego wynos 2080g. W aterale zawarte jest 350g wody. ZDNIE 3 Pod cśnene atosferyczny w powetrzu o 60% wlgotnośc względnej cśnene parcjalne pary wodnej wynos 30 Hg. Wyznaczyć zawartość wlgoc w ty powetrzu, cśnene parcjalne pary nasyconej cśnene parcjalne powetrza suchego. 78
DZIĘKUJĘ Z UWGĘ