70 30 * О SO 60 70 80 90 №
Относительная блтность Воз д ую
if. У,
Рис. 183. И зотерм ы адсорбции ( /)
и десорбции
( 2 )
воды хлопковой
бумаги при тем п ературе 20° С
держки образования мениска в капилляре при поглощении влаги.
Равновесная влажность, соответствующая ср=1 (100% ), называется
гигроскопической влажностью. При влажности материала, большей гигро
скопической, давление пара над материалом равно давлению пара над чи
стой водой.
Первый участок изотермы в интервале ср=0-ь0,5 (вогнутая к оси аб
сцисс часть кривой) соответствует мономолекулярной сорбции воды со
значительным выделением тепла. Второй участок изотермы в интервале
<р=0,5-;-0,8 соответствует полимолекулярной сорбции с выделением тепла в
меньшем количестве. Третий участок изотермы, обращенный выпуклостью
к оси абсцисс, соответствует капиллярной конденсации в микрокапиллярах
без выделения тепла. М аксимальная гигроскопическая влажность (<р=1)
находится в пределах 2 7 -3 7 % [11].
Влага в капиллярнопористом коллоидном теле может перемещаться
как в виде жидкости, так и в виде пара. Скорость перемещения влаги про
порциональна градиенту влажности. При большой влажности материала
влага перемещается главным образом в виде жидкости. С уменьшением
влажности материала количество влаги, перемещающейся в виде пара,
увеличивается, а при малых значениях влажности влага перемещается в
основном в виде пара.
Как показал А. В. Лыков [9], при наличии температурного перепада
внутри влажного материала влага перемещается из мест с более высокой
температурой к местам с более низкой температурой, т. е. в направлении
потока тепла. Это явление носит название термодиффузии. Количество
перемещаемой влаги пропорционально градиенту температур. Таким обра
зом, перемещение влаги в материале происходит в результате влагопровод-
ности и термовлагопроводности.
Конвективная сушка материалов
При конвективной сушке тепло от воздуха или газов передается мате
риалу путем соприкосновения. Этот метод широко применяется для
с у ш к и
многих материалов и изучен лучше, чем метод контактной сушки. Поэтому
вкратце рассмотрим его, чтобы понять процессы, протекающие при
с у ш к е
бумаги на машине, в частности в промежутках между сушильными
ц и л и н
драми.
Процесс конвективной сушки материала состоит из трех этапов (рис-
184): подогрева материала
А В ,
первого периода
В С
сушки
с п о с т о я н н о й
скоростью и второго периода
CD
сушки
с
падающей скоростью. В
н а ч а л ь
ный, сравнительно кратковременный период тепло, воспринятое от воздух3’
расходуется на подогрев материала до некоторой постоянной температурь5
при которой происходит испарение воды. При этом влажность м атериал
изменяется мало. Начиная
с
этого момента, процесс сушки протекает с
464
стоянной скоростью до тех пор, пока поверхность материала находится в
состоянии влагонасыщения. В этот период сушки скорость испарения вла
ги определяется законом испарения со свободной поверхности и зависит
только от скорости диффузии водяных паров с поверхности материала в
окружающую среду и не тормозится скоростью подвода влаги из толщи ма
териала к его поверхности.
Во второй период сушки материала скорость внутренней диффузии вла
ги становится меньше, чем скорость испарения влаги с поверхности. По
этому влага не успевает подво
диться из толщи к поверхности
материала, что тормозит ско
рость испарения с поверхности.
Наступает
период падающей
скорости сушки, при котором
температура материала повы
шается. Влажность материала в
точке, при которой первый пери
од сушки переходит во второй,
называется критической влаж
ностью, а соответствующая точ
ка
С
перелома на кривой сушки
- критической точкой.
Процесс сушки материала в
потоке нагретого воздуха с по
стоянными параметрами схема
тически показана на рис. 184.
На рис. 184,
а
показан характер
убывания влаги из материала
Рис. 184. Кривые конвективной сушки мате-
в процессе сушки в зависимо-
риала:
СТИ ОТ
времени а на рис 184 б
а ~
и зм ен ен и е в л а ж н о с т и во врем ени;
6
-
изм е-
- изменение скорости сушки в
н ен и е ск о р о сти суш ки
зависимости от влажности ма
териала. Как видно из второго
рисунка, тангенс угла наклона касательной к любой точке кривой сушки
определяет скорость сушки в этой точке:
t g a - " .
(ПО )
d z
где
W -
количество испаряемой влаги;
г -
время испарения.
Наибольшая скорость наблюдается в первый период сушки с постоян
ной скоростью, а наименьшая - в конце второго периода сушки с падающей
скоростью.
Общие закономерности процесса сушки материалов и наличие двух от
оч ен н ы х выше периодов сушки были открыты в 1904 г. русским ученым
С. Коссовичем, который впервые разъяснил механизм самого процесса.
465
При конвективной сушке влажность внутри материала больше, чем на
его поверхности, а температура, наоборот, больше на поверхности, чем вну
три.
Таким образом, перепады влажности и температур противоположны по
знаку и температурный перепад затормаживает движение влаги к поверх
ности материала. В этом заключается главный недостаток конвективной
сушки материалов.
Чисто конвективная сушка малопригодна для сушки бумаги по двум
главным причинам: мала плотность теплового потока и бумага при такой
сушке не сохраняет ровную поверхность и коробится. По данным В. В.
Красникова, плотность теплового потока при конвективной сушке в 13 раз
меньше, чем при контактной [8].
Как уже указывалось, процесс сушки бумаги на свободных участках
между сушильными цилиндрами можно рассматривать как конвективный,
Однако влага испаряется здесь главным образом за счет тепла, аккумулиро
ванного бумагой за время пребывания ее на сушильных цилиндрах, и лишь
отчасти за счет обдувки бумаги теплым воздухом. Поэтому при прохожде
нии бумаги от цилиндра к цилиндру температура бумаги снижается, а весте
с ней падает и интенсивность испарения.
Перемещение влаги путем диффузии под влиянием разницы в парци
альных давлениях паров воды над материалом и в окружающем воздухе
происходит в условиях контактной сушки при невысокой температуре гре
ющей поверхности, однако при более высокой температуре наблюдается
иной механизм сушки.
Для общей характеристики процесса испарения влаги из бумаги на сво
бодных участках бумагоделательной машины можно применить формулу
Дальтона испарения жидкости со свободной поверхности
Здесь
W -
количество испаренной влаги,
кг;
z -
время,
ч;
F -
поверхность испарения, ж2;
Я - давление насыщенного пара при температуре испаряющейся жид
кости,
м м рт. ст.-,
h -
давление пара в окружающем воздухе,
м м рт. cm:,
В
- барометрическое давление,
мм рт . c m
.;
С - коэффициент испарения со свободной поверхности.
Коэффициент испарения зависит от скорости воздуха
и
по
э м п и р и ч е
ской формуле Всесоюзного теплотехнического института, составляет
W
C ( H - h )
z F
В
(
111
)
С
= 0,0229 +0,01 74у
кг/м
2
-ч-ммрт.ст,
где и - скорость воздуха,
м / с е к .
Достарыңызбен бөлісу: |