SUSZENIE, ENERGETYKA(2)
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
SUSZENIE
PAROWANIE WODY ZE SWOBODNEJ POWIERZCHNI
W wyniku parowania nad cieczą tworzy się warstewka pary nasyconej o
temperaturze równej temperaturze parującej cieczy. Parowanie jest to
zatem dyfuzja pary przez tę warstewkę. Grubość warstwy dyfuzyjnej
zależy od szybkości przepływu gazu nad powierzchnią cieczy: im
szybkość ta jest większa, tym warstwa dyfuzyjna ma mniejszą grubość i
tym szybszy jest proces parowania. Szybkość parowania zależy także od
różnicy ciśnienia pary nasyconej w temperaturze parującej cieczy i
ciśnienia cząstkowego pary w otaczającym gazie. Powyższe zależności
ujmuje prawo
Daltona
:
C
⋅
(
p
−
p
)
⋅
760
p
max
p
V
=
p
b
gdzie:
V- prędkość parowania wody z jednostki powierzchni g/h*m
2
,
C – współczynnik zależny od prędkości przepływu gazu (powietrza) nad
powierzchnią cieczy g/h·m
2
,
p
pmax
- ciśnienie pary nasyconej w temperaturze parującej cieczy (wody),
czyli ciśnienie nasycenia w mmHg,
p
p
– ciśnienie cząstkowe pary w otaczającym gazie w mmHg,
p
b
– ciśnienie barometryczne mmHg,
WILGOTNOŚĆ MAS I SUROWCÓW
WILGOTNOŚĆ BEZWZGLĘDNA
– odniesiona do masy materiału
bezwzględnie suchego m
s
m
−
m
w
s
W
=
⋅
100
%
b
m
s
gdzie:
m
w
– masa materiału wilgotnego,
m
s
– masa materiału suchego,
WILGOTNOŚĆ WZGLĘDNA
– odniesiona do masy próbki wilgotnej
m
−
m
W
=
w
s
⋅
100
%
w
m
w
RODZAJE WODY W MATERIAŁACH CERAMICZNYCH
1. Woda związana chemicznie
w postaci grup hydroksylowych OH
-
i wchodzi w skład związku w ściśle określonym stosunku
stechiometrycznym. Usunięcie powoduje zniszczenie struktury
materiału i zachodzi w temperaturach znacznie przekraczających
temperatury suszenia.
2. Pozostała woda w materiałach:
a) woda swobodna
– oddziela odsunięte od siebie ziarna materiału,
b) woda kapilarna
– wypełnia szczeliny między ziarnami materiału,
c) woda adsorpcyjna
– zaadsorbowana na powierzchni ziaren,
d) woda międzypakietowa
– wchodzi w sposób uporządkowany
pomiędzy pakiety minerału np. w montmorylonicie,
PODZIAŁ PROCESU SUSZENIA NA OKRESY
A
K
A
B
R
K
Okres opadającej prędkości suszenia
Okres stałej prędkości suszenia
skurczliwość
= ilości
odparowanej wody, bardzo duża,
s
skurczliwość
– wyroby o wilgotności
≤
W
k
kurczą się nieznacznie lub wcale,
s
s
szybkość
suszenia
– spada, bo
szybkość suszenia
– stała i
równa szybkości parowania ze
swobodnej powierzchni cieczy
k
kapilary
wypełnione
są
wodą
o
powierzchni wklęsłej
k
krzywe K-R
krzywe A-K
B
A
K
W
k
R
W
r
Czas
Odcinek B-A
– ciepło dostarczane zużyte jest na ogrzanie wyrobu,
spadek wilgotności jest nieznaczny,
Odcinek A-K
– okres stałej szybkości suszenia,
Odcinek K-R
– okres opadającej prędkości suszenia,
Wilgotność równowagowa W
r
– wysuszony wyrób na powierzchni
ziaren materiału adsorbuje wilgoć z powietrza, proces ten ustaje, gdy
prężność pary wodnej nad powierzchnią wyrobu zrówna się z prężnością
pary wodnej w powietrzu. Wartość W
r
zależy od wilgotności względnej
powietrza
ϕ
, temperatury i rodzaju materiału.
PROCES SUSZENIA WYROBÓW CERAMICZNYCH,
PRZYSPIESZANIE PROCESU SUSZENIA
Proces suszenia polega na odparowaniu wody z materiału. Gdy
wilgotność materiału jest większa od wilgotności krytycznej W
k
woda
paruje z powierzchni. Jej ubytek jest kompensowany drogą dyfuzji
wilgoci z wnętrza wyrobu. Gdy wilgotność materiału jest mniejsza od W
k
wówczas parowanie zachodzi w obrębie porów (kapilar), a para
dyfunduje do powierzchni.
Przyspieszenie procesu suszenia:
1. zwiększenie oddawania ciepła wyrobom przez medium suszące
(zwiększanie różnicy temperatur między gazem i ciałem oraz
podwyższanie prędkości przepływu gazu),
2. zwiększenie różnicy pomiędzy prężnością pary wodnej w medium
suszącym i nad powierzchnią suszoną (przez obniżenie wilgotności
względnej gazu),
Ubytek wilgoci z wyrobu pociąga za sobą kurczenie się wyrobu.
Warstwy bliższe powierzchni wyrobu są bardziej suche niż wnętrze. W
efekcie w warstwach powierzchniowych powstają naprężenia
rozciągające, prowadzące do spękań wyrobu. Naprężenia te można
zmniejszyć albo przez zmniejszenie odprowadzania prędkości wody z
materiału albo przyspieszenie dyfuzji wilgoci z wnętrza wyrobu.
wnętrze wyrobu
W
p
I.
Powietrze o niskiej
temperaturze i wysokiej
W
k
wilgotności względnej.
powierzchnia wyrobu
Czas
wnętrze wyrobu
W
p
II.
Powietrze o niskiej
temperaturze
i
niskiej
W
k
wilgotności względnej.
powierzchnia wyrobu
Czas
W
p
wnętrze wyrobu
III.
Powietrze o wysokiej
W
k
temperaturze i wysokiej
wilgotności względnej.
powierzchnia wyrobu
Czas
WŁASNOŚCI CZYNNIKA SUSZĄCEGO
Powietrze łącznie z parą wodną –
powietrze wilgotne.
Powietrze zawierające w danej temperaturze możliwie największą ilość
pary –
powietrze nasycone
, para znajdująca się w takim powietrzu –
para nasycona.
Jeżeli ilość pary jest mniejsza –
powietrze nienasycone
, para
nazywana jest
parą przegrzaną
.
Stosunek wilgotności bezwzględnej do bezwzględnej wilgotności
maksymalnej nazywany
WILGOTNOŚCIĄ WZGLĘDNĄ
ϕ
⎛
⎞
γ
p
⎜
⎟
p
ϕ
=
⋅
100
%
=
⋅
100
%
γ
p
⎝
⎠
max
p
max
T
WILGOTNOŚĆ BEZWZGLĘDNA POWIETRZA
γ
p
– masa pary wodnej
zawarta w 1m
3
powietrza wilgotnego,
Wszelakie przemiany zachodzą przy stałym ciśnieniu, zaś zawartość
wilgotności bezwzględnej zależy od temperatury (objętości). Wielkością
charakteryzującą wilgotność niezależną od zmian temperatury jest
WILGOTNOŚĆ BEZWZGLĘDNA MASOWA
:
m
masa
pary wodne
j
p
x
=
Y
=
=
[kg H
2
O/kg pow.suchego]
masa
powietrza
suchego
m
g
ϕ
⋅
p
p
max
x
=
0
622
p
−
ϕ
⋅
p
b
p
max
gdzie:
p - ciśnienie cząstkowe pary wodnej,
p
b
– ciśnienie panujące w suszarni=ciśnieniu atmosferycznemu,
p
pmax
– ciśnienie cząstkowe pary w powietrzu nasyconym,
PUNKT ROSY
Przy ochładzaniu powietrza nienasyconego w pewnej ściśle
określonej temperaturze można zaobserwować wytrącanie się mgły
wodnej powietrza. Temperatura odpowiadająca temu stanowi nosi nazwę
temperatury rosy
lub
punktu rosy
. Ciśnienie cząstkowe pary p
p
równa
się najwyższemu ciśnieniu p
pmax
, wilgotność bezwzględna
γ
p
osiąga
najwyższą wartość
γ
max
w danej temperaturze a wilgotność względna
ϕ
=100%.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]