C14. Badanie kinetyki suszenia materiałów porowatych

Podobne dokumenty
Kinetyka suszenia. Cel ćwiczenia C D C D. Xkr

BADANIE PARAMETRÓW PROCESU SUSZENIA

SUSZENIE CIAŁ STAŁYCH

Badanie parametrów suszenia granulatu popiołowego w atmosferze powietrza i gazów spalinowych

Cel zajęć laboratoryjnych Oznaczanie współczynnika nasiąkliwości kapilarnej wybranych kamieni naturalnych.

TRANSPORT NIEELEKTROLITÓW PRZEZ BŁONY WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEPUSZCZALNOŚCI

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy metodą kalorymetryczną

Ćwiczenie 425. Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych. Woda. Ciało stałe Masa kalorymetru z ciałem stałym m 2 Masa ciała stałego m 0

Kinetyka procesu suszenia w suszarce fontannowej

SEDYMENTACJA ODŚRODKOWA

DZIAŁ TEMAT NaCoBeZu kryteria sukcesu w języku ucznia

E12. Wyznaczanie parametrów użytkowych fotoogniwa

INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Wyznaczanie współczynnika przewodnictwa

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTRUKCJA Z LABORATORIUM W ZAKŁADZIE BIOFIZYKI. Ćwiczenie 5 POMIAR WZGLĘDNEJ LEPKOŚCI CIECZY PRZY UŻYCIU

WYZNACZANIE STAŁEJ DYSOCJACJI SŁABEGO KWASU ORGANICZNEGO

NAGRZEWANIE PROMIENNIKOWE

CZUJNIKI I PRZETWORNIKI POJEMNOŚCIOWE

KERN DLB_A01 Wersja /2011 PL

E (2) nazywa się absorbancją.

Rys. 1Stanowisko pomiarowe

GRAWITACYJNE ZAGĘSZCZANIE OSADÓW

Minimalizacja procesu parowania przy wzorcowania pipet tłokowych metodą grawimetryczną poprzez zastosowanie kurtyny parowej.

GRAWITACYJNE ZAGĘSZCZANIE OSADÓW

Szczegółowy rozkład materiału z fizyki dla klasy I gimnazjum zgodny z nową podstawą programową.

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

GRAWITACYJNE ZAGĘSZCZANIE OSADÓW

Termohigrometr bezprzewodowy TFA

Efekt Halla. Cel ćwiczenia. Wstęp. Celem ćwiczenia jest zbadanie efektu Halla. Siła Loretza

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wpływ stężenia kwasu na szybkość hydrolizy estru

WYMAGANIA EDUKACYJNE FIZYKA ROK SZKOLNY 2017/ ) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych

KERN DBS-A01 Wersja /2013 PL

CECHOWANIE TERMOELEMENTU Fe-Mo I WYZNACZANIE PUNKTU INWERSJI

SPRAWDZENIE PRAWA HOOKE'A, WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA, WSPÓŁCZYNNIKA POISSONA, MODUŁU SZTYWNOŚCI I ŚCIŚLIWOŚCI DLA MIKROGUMY.

WYDZIAŁ LABORATORIUM FIZYCZNE

Wyznaczanie krzywej ładowania kondensatora

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ

Grawitacyjne zagęszczanie osadu

Pomiar średniego ciepła właściwego i wyznaczanie temperatury Debye a

Temat 3 (2 godziny) : Wyznaczanie umownej granicy sprężystości R 0,05, umownej granicy plastyczności R 0,2 oraz modułu sprężystości podłużnej E

POMIARY WIDEO W PROGRAMIE COACH 5

SORPCJA WILGOCI SORPCJA WILGOCI

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

KRYTERIA OCEN Z FIZYKI DLA KLASY I GIMNAZJUM

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

KOMPENDIUM WIEDZY. Opracowanie: BuildDesk Polska CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA BUDYNKÓW I ŚWIADECTWA ENERGETYCZNE NOWE PRZEPISY.

Wymagania dla wag stosowanych do wzorcowania pipet tłokowych

Badanie. przepuszczalności pary. wodnej przez laminat włókninowy i foliowy. oraz powlekat foliowy z wykorzystaniem wagosuszarek serii

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

IR II. 12. Oznaczanie chloroformu w tetrachloroetylenie metodą spektrofotometrii w podczerwieni

Graficzne opracowanie wyników pomiarów 1

Ćwiczenie: "Kinematyka"

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Temperaturowa charakterystyka termistora typu NTC

OCENA CZYSTOŚCI WODY NA PODSTAWIE POMIARÓW PRZEWODNICTWA. OZNACZANIE STĘŻENIA WODOROTLENKU SODU METODĄ MIARECZKOWANIA KONDUKTOMETRYCZNEGO

Rejestrator danych Log 10, TFA, zakres -30 do +60 C

PRZENOŚNY MIERNIK MOCY RF-1000

Ćwiczenie 402. Wyznaczanie siły wyporu i gęstości ciał. PROSTOPADŁOŚCIAN (wpisz nazwę ciała) WALEC (wpisz numer z wieczka)

Ćwiczenie 3: Wyznaczanie gęstości pozornej i porowatości złoża, przepływ gazu przez złoże suche, opory przepływu.

POMIARY WILGOTNOŚCI POWIETRZA

1. Część teoretyczna. Przepływ jednofazowy przez złoże nieruchome i ruchome

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA WYDZIAŁ MECHANICZNY INSTYTUT POJAZDÓW MECHANICZNYCH I TRANSPORTU

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Ćwiczenie 3. Woda w substancjach stałych

Miareczkowanie potencjometryczne

K05 Instrukcja wykonania ćwiczenia

TERMODYNAMIKA PROCESOWA

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

FILTRACJA CIŚNIENIOWA

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

FIZYKA klasa 1 Liceum Ogólnokształcącego (4 letniego)

Podstawy niepewności pomiarowych Ćwiczenia

KARTA INFORMACYJNA PRZEDMIOTU

Ćwiczenie nr 2. Badanie kinetyki suszenia konwekcyjnego w warstwie fluidalnej. Temat. Imię i nazwisko osoby wykonującej ćwiczenie.

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Laboratorium Podstaw Biofizyki

FIZYKA KLASA 7 Rozkład materiału dla klasy 7 szkoły podstawowej (2 godz. w cyklu nauczania)

Instrukcja obsługi. Wöhler RF 220 Miernik wilgotności i temperatury. Spis treści: 1. Informacje ogólne. 2. Specyfikacja 3. Obsługa 4.

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 35: Elektroliza

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW. Ćwiczenie N 2 RÓWNOWAGA WZGLĘDNA W NACZYNIU WIRUJĄCYM WOKÓŁ OSI PIONOWEJ

LABORATORIUM SPALANIA I PALIW

Przemiana izochoryczna. Prawo Charlesa

Ćwiczenie nr 254. Badanie ładowania i rozładowywania kondensatora. Ustawiony prąd ładowania I [ ma ]: t ł [ s ] U ł [ V ] t r [ s ] U r [ V ] ln(u r )

Ćwiczenie nr 43: HALOTRON

Wyznaczanie parametrów równania Tafela w katodowym wydzielaniu metali na elektrodzie platynowej

Elementy rachunku różniczkowego i całkowego

BADANIE PROCESU ROZDZIAŁU ZAWIESINY METODĄ WIROWANIA

Zadanie: 1 (1pkt) Zadanie: 2 (1 pkt)

Badanie współczynników lepkości cieczy przy pomocy wiskozymetru rotacyjnego Rheotest 2.1

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 13: Współczynnik lepkości

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 9: Swobodne spadanie

CZUJNIKI POJEMNOŚCIOWE

Wydział Elektryczny, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Laboratorium Przetwarzania i Analizy Sygnałów Elektrycznych

KATALITYCZNE OZNACZANIE ŚLADÓW MIEDZI

PODSTAWOWE TECHNIKI PRACY LABORATORYJNEJ: WAŻENIE, SUSZENIE, STRĄCANIE OSADÓW, SĄCZENIE

Temat 1 (2 godziny): Próba statyczna rozciągania metali

BADANIE PROSTEGO ZJAWISKA PIEZOELEKTRYCZNEGO POMIAR NAPRĘŻEŃ

Blok 2: Zależność funkcyjna wielkości fizycznych. Rzuty

Ćwiczenie 5: Wymiana masy. Nawilżanie powietrza.

Transkrypt:

1/5 C14. Badanie kinetyki suszenia materiałów porowatych Celem ćwiczenia jest poznanie zjawiska higroskopijności materiałów biopolimerowych, obserwacja zjawiska suszenia tych materiałów oraz doświadczalne wyznaczenie parametrów kinetyki suszenia. Proces cieplny uwalniania materiałów stałych lub roztworów od zawartej w nich wody przez jej odparowanie nazywamy suszeniem. W procesie suszenia wilgotny materiał styka się z powietrzem nienasyconym, w wyniku, czego zmniejsza się wilgotność materiału, zaś powietrze nawilża się. Procesowi suszenia poddawane są ciała wilgotne o różnych własnościach fizykochemicznych, strukturalno-mechaniczno i biochemicznych. Podczas usuwania cieczy z ciała wilgotnego naruszane jest wiązanie ciecz- ciało stałe, na co spożytkowana jest określona energia. Wielkość energii wiązania to wartość pracy wykonanej na oderwanie 1 mola wody od danego ciała mającego określoną wilgotność. Na podstawie wielkości energii wiązania wyróżnia się następujące rodzaje wiązania wilgoci z materiałem: - wiązanie chemiczne najtrwalsze i na ogół niepodlegające rozerwaniu podczas zwykłego suszenia; wiązanie, które określone jest stosunkami stechiometrycznymi; - wiązanie fizyko-chemiczne wiązanie typu adsorpcyjnego i osmotycznego, w którym ciecz jest adsorpcyjnie związana, zarówno na zewnętrznej powierzchni makrocząstek, jak i zaadsorbowana na powierzchni wewnętrznej; - wiązanie fizyko-mechaniczne do tego rodzaju zaliczane jest wiązanie strukturalne (ciecz przyłącza się podczas tworzenia struktury ciała), wiązanie kapilarne oraz wiązanie zwilżania (ciecz przyłącza się podczas bezpośredniego kontaktu z powierzchnią ciała). Podczas procesu suszenia usuwa się z materiału wilgoć związaną mechanicznie i fizykochemicznie. Kinetyka procesu suszenia określa zmiany średniej zawartości wilgoci i średniej temperatury w czasie, co umożliwia obliczenie ilości odparowanej wilgoci oraz zużycie energii. Charakter przebiegu procesu suszenia dogodnie jest analizować m.in. na podstawie wykresu krzywej suszenia (rys. 1), będącej zależnością wilgotności materiału od czasu suszenia. Rys. 1. Krzywa suszenia dla warunków ustalonych Proces suszenia dzieli się na dwa okresy. Pierwszym okresem suszenia (odcinek AB) jest początkowe podgrzewanie materiału, po czym otrzymuje się zależność prostoliniową (odcinek BC). W tym okresie czasu suszenia szybkość suszenia jest wielkością stałą, liczbowo równą tangensowi kąta pochylenia stycznej do krzywej. Następuje odparowanie wilgoci z powierzchni materiału i powstająca para przedostaje się do przepływającego powietrza. Szybkość całego procesu uwarunkowana jest przez szybkość dyfuzji pary wodnej w warstwie powietrza. Pierwszy okres suszenia kończy się wtedy, kiedy cała wilgoć z powierzchni zostanie odparowana. Odpowiada to punktowi C (punkt krytyczny), od którego linia prosta przechodzi w krzywą zbliżającą się asymptotycznie do wartości wilgotności równowagowej. Poniżej punktu krytycznego występuje okres o stale zmniejszającej się

2/5 szybkości suszenia, zwany drugim okresem suszenia. Występuje wtedy odparowanie wilgoci z coraz głębszych warstw ciała suszonego, przemieszczanie się pary wodnej do powierzchni (dyfuzja wewnętrzna) i dyfuzja w warstwie przepływającego powietrza. Na szybkość suszenia w drugim okresie ma duży wpływ struktura ciała suszonego i jego wymiary. Wykres przedstawiony na rys. 1 przedstawia typowy przebieg suszenia charakteryzujący ciała o niewielkich wymiarach i budowie kapilarno-porowatej. Przy suszeniu ciał o większych wymiarach i budowie koloidalnej, pierwszy okres suszenia jest krótki i wzrasta znaczenie drugiego okresu. Literatura uzupełniająca: 1. Sikorski Zdzisław E.(red.), Chemia Żywności, wyd. 4, WNT, Warszawa, 2002. 2. S. Przestalski, Fizyka z elementami biofizyki i agrofizyki, Część 2 rozdz.4. Zobacz też: symulacje komputerowe na stronie internetowej Katedry Fizyki i Biofizyki (http://www.up.poznan.pl/kfiz/) (zakładka: Symulacje zjawisk fizycznych).

3/5 C14. Protokół wyników i obliczeń Nr pary Imię i nazwisko studenta Wydział grupa data Imię i nazwisko prowadzącego Zaliczenie Wykonanie ćwiczenia Przyrządy: wagosuszarka, stoper, suwmiarka, badana próbka. Przystępując do realizacji ćwiczenia należy wykonać następujące czynności: 1. Włączyć suszarkę przyciskiem na górze obudowy. Na wyświetlaczu sprzężonej z suszarką wagi pokaże się (malejący od 15 do 0 min) czas oczekiwania na stabilizację systemu pomiarowego: np. [..14...59]. 2. Po osiągnięciu stabilizacji systemu pomiarowego (komunikat na wyświetlaczu [de...0]) stan układu akceptujemy przyciskiem {TARE}, a następnie tym samym przyciskiem odrzucamy wezwanie do kalibracji [LOAD] i oczekujemy na wskazanie [...0], po czym, do stojaka na szalce wagi wkładamy próbkę. Uwaga: Przed włożeniem próbki na szalkę wagi należy ją osuszyć bibułą z nadmiaru wody oraz określić jej średnice (2r). 3. Zamykamy pokrywę i po ustabilizowaniu się wskazania odczytujemy i zapisujemy masę początkową m o próbki (w gramach). Uwaga: Wskazania wagi są w miligramach. 4. Programowanie temperatury suszenia inicjujemy przyciskiem {F1}, następnie operując przyciskiem {F2} wybieramy żądaną temperaturę suszenia [130] i zatwierdzamy tę wartość {F1}. Ponowne naciśnięcie {F1} inicjuje procedurę doboru czasu próbkowania, p. {F2}: [SEC...10.0] zatwierdzenie: p. {F1} wywołuje wskazanie gotowości systemu - na wyświetlaczu [ready]. Ponowne naciśnięcie p. {F1} rozpoczyna pomiar od wskazania [...0.0]. W tym samym momencie należy uruchomić stoper. 5. Ubytki wody U i (%) w suszonej próbce zapisujemy w tabeli odczytując z wyświetlacza wagi, co 1 min w czasie pierwszych 10 min, a następnie, co 2 min. Proces suszenia jest zakończony w momencie pojawienia się na wyświetlaczu komunikatu np.: [End...50.5]. Naciśnięcie p. {TARE} wywołuje wyświetlenie masy suchej próbki m s i po zanotowaniu tego wyniku w gramach wyjmujemy próbkę z komory i umieszczamy w odpowiednim naczyniu naważkowym. W przypadku, gdy proces suszenia nie zakończy się w czasie 30 minut należy przerwać go naciskając p. {TARE}.

4/5 Tabela 1 m o = [g] 2r= [m] Czas suszenia t [min] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Ubytek masy wody U i [%] Masa ewakuowanej wody m ui [g] Masa próbki wilotnej m wi [g] Wilotność bezwzględna próbki W i [g/g] Opracowanie wyników: m s = [g] Masę ewakuowanej wody z próbki (m ui ) w czasie suszenia oblicza się z równania: m ui = U i m o 0.01 (1) Masę wilgotną próbki (m wi )w poszczególnych etapach suszenia oblicza się z równania: m wi = m o - m ui (2) Wilgotność bezwzględną próbki (W) w poszczególnych etapach suszenia oblicza się z równania: W = (m wi - m s )/m s (3) Na podstawie uzyskanych wyników i obliczeń zamieszczonych w tabeli wyników należy na arkuszu papieru milimetrowego wykonać wykresy: (1) - Ubytek masy wody = f(czas suszenia t), na osi odciętych należy odłożyć czas trwania procesu w sekundach, zaś na osi rzędnych ubytek masy wody próbki w %,

5/5 (2) - Wilgotność bezwzględna próbki = f(czas suszenia t), na osi odciętych należy odłożyć czas trwania procesu w sekundach, zaś na osi rzędnych wilgotność bezwzględną próbki w wagosuszarce w gramach. Następnie obliczamy szybkość suszenia zdefiniowaną wzorem: Wt1 - Wt2 = [kg/m 2 s] (4) (t - t )S gdzie: 1 2 W ti - wilgotność bezwzględna próbki w danej chwili pomiaru W t1 wilgotność bezwzględna w czasie t 1 równym początkowi prostoliniowego przebiegu W t2 wilgotność bezwzględna po czasie t 2 równym końcowi prostoliniowego przebiegu., S - powierzchnia parowania [m 2 ] (na podstawie wymiarów geometrycznych próbki materiału na szalce, S = r 2 ), Uwaga: Do obliczenia szybkości suszenia bierzemy pod uwagę wartości wilgotności bezwzględne próbki i odpowiadające jej czasy pomiaru z prostoliniowej części wykresu krzywej suszenia (odcinek BC na rysunku 1), np. wilgotność bezwzględna w 5 i 20 minucie procesu suszenia.