Лабораторная работа 6. Сушка


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте файл и откройте на своем компьютере.
1 Методические указания Л абораторн ая работ а № 6 Изучение влияния способов нагрева на процесс сушки материалов 2 Цель работы Изучение механизмов и закономерностей удаления влаги в процессах сушки в зависимости от способов подвода тепла к выс ушива е мому материалу. Задачи работы 1. Определение времени сушки и количества испаряемой вл а ги . 2. Построение гра фиков скорости удаления влаги в различные периоды сушки в режимах конвективного нагрева, СВЧ и инфр а красного излучения. Основные положения Сушк а это способ удаления влаги из материалов с использованием тепловых и диффузионных пр оцессов. В них влага материала передается с у шильному агенту и вместе с ним удал яется из рабочей зоны сушилки. Этим она отличается от других способов удаления влаги за счет механического отжима в прессах или центрифугах и физико - химического, основанного на примен е нии водопоглощающих средств. Сушке могут подвергаться твердые материалы, в том числе кристалл и ческие , эластичные и хрупкие гели, коллоидно - дисперсные и капиллярно - п ористые тела и жидкости - коллоидные растворы и растворы кристалло и дов. Влага в материалах может быть связана различными способами хим и чески - ионная, молек улярная связь; физико - химически - адсорбцией, осм о тически, структурно; механически - находиться в к апиллярах или на смоченной п о верхности. При этом влага, содержащаяся в капиллярах пористых тел, наз ы вается механически удерживаемой; влага на поверхности тел называется вл а гой смачивания. Влага, связанная с материалами химическими связями, не может быть уд алена сушкой. 3 Содержание влаги в материале определяется его влажностью и оценивается в процентах или частях от всей массы влажного ( W ) или сухого ( ξ ) мат е риала соответственно Если над влажным материалом находится влажный возд ух, то со временем между влагой воздуха и вла гой, содержащейся в материале, устана в ливается равновесие и переход влаги сушильному агенту прекращается. Влажность материала в этом состоянии называется равновесной и таким о б разом является функцией пар циального давления водяного пара в окружа ю щей среде и температуры. З ависимость значений равновесной влажности от парциального давлениях паров воды в воздухе или его относительной вла ж ности при постоянной температ уре называют изотермой сорбции влаги. О чевидно, что с помощью влажного воздуха удалить всю влагу н ев озможно. При конвективной сушке влага удаляется с поверхности материала о б новляемым сушильным агентом. Перемещение влаги из глубины материа ла к поверхности - диффузионный процесс. Его движущей силой являются градиенты внутр еннего давления, температуры и концентрации влаги. Влага, находящаяся в порах материала, и осмотическая влага мигрируют к повер х ности в жидком виде, а адсорбционно - связ анная – в виде пара. В общем сл у чае можно записать , где - скорость переноса влаги, кг/с ; F - поверхность материала, м 2 ; C – концентрация влаги, г/м 3 ; K 1 - постоянная влагопереноса, . При интенсивной сушке диффузия влаги в материале сопровождается тепл о вым воздействием. В начале сушки материал подогревается, и скорость 4 удаления влаги возрастает от нуля до некоторой постоянной величины. В н а чальный пе риод удаляется поверхностная и капиллярная влага, механичес ки связанная с материалом (рис унок 1 ). Этот период продолжаетс я до тех пор, пока температура материала, покрытого влагой, не стане т равной температуре мокрого термометра - точка К 1 на кривой скорости сушки. Далее начинает уд аля т ь ся адсорбированная влага, более тесно связанная с материалом. Постепенно скорость сушки уменьшается до нуля и устанавливается равновесная вла ж ность материала. Критические точки K 1 и K 2 на кривой скор ости сушки с о ответствуют изменению механизмов удаления влаги до точки К 1 удаляется поверхностная влага и влага пор, после точки К 2 – адсорбционно - связанная влага. Рис унок 1 – Изменения влажности высушиваемого материала и скорости сушки от времени (W к р – критическая влажность, W р – равновесная вла ж ность) . 1 – крупнопористые ма териалы; 2 – коллоидные тела; 3 – по ристые керам и ческие материалы; 4 – ткани; 5 – глина. W W к р 0 1 4 3 2 5 W р W кр W р W , % Пе риод подогрева Период постоянной скорости К 1 Период падающей скорости Подогрев Период постоянной скорости а б К 2 5 Описание экспериментальной установки Работа проводится с использованием многофункционал ьной микрово л новой печи с рабочим объемом 24 л (рис унок 2 ). Через отверстие в верхней стенке печи проходит термостойкая нить, на которой подвешена чаша с высуш и ваемым материалом. Верхний конец нити крепится к нижнему подвесу эле к тронных цифровых весов. При запуске программы лабораторной работы на экране монитора и плазменной панели появляется схема установки с указателями различных реж и мов, предусматривающими включение и н фракрасного нагрева, принудительного конвективного пот ока или режима СВЧ (рис унок 3) . В нижней части экрана помещен осциллограф для регистрации ост а точной массы высушиваемого материала и количества испаренной влаги. В правой и верхней части лицевой панели расположены индикаторы, отобр а жающие текущие значения температуры воздуха в рабочем объеме СВЧ п е чи, массы высушиваемого материала и испаренной влаги. Рис унок 2 – С хема установки. 1 – чаша с высушиваемым материалом , 2 – камера , 3 – электронные весы , 4 – индикатор температуры , 5 – инфракрасный нагрев а тель , 6 – конвективный нагрев , 7 – СВЧ нагрев. 6 Порядок проведения работы : 1. Изучить методические указания, заготовить форму отчета о пр о веденной работе, в которую внести название и цель работы, основные сведения об изучаемых процессах, схему экспериментальной установки, готовую та б л ицу 1 для записи результатов измерений и вычислений. 2. Подготовить 3 одинаковых образ ца высушиваемого материала и один из них аккура т но поместить в сушильную камеру. В качестве образцов рекомендуется использовать свеклу, нарезанную дисками толщиной не более 5 мм. При этом масса ломтиков будет составлять около 20 г. 3. Включить компьютер и п одключить к нему USB - разъем датчик о вой систе мы измерения ДС - 4 , а также подключить весы с помощью кабеля удлинителя - переходника к USB порту ко м пьютера . 4. Подключить стенд к сети 220 В и запустить его кнопкой «Сеть». 5. Включить электронные весы кнопкой «ВК1» 6. З апустить программу проведения лабор а торной работы «Л Р № 2 Сушка» . Кнопкой «Пуск» на лицевой панели включит ь программу измерений (рисунок 3). Рисунок 3 – Лицевая панель компьютерной системы измерения . 7 7. Установить режим работы микроволновой печи « СВЧ » , выбрать мощность 300 Вт , время 3 мин и з а пустить ее. В автоматизированной лабораторной установке измерение и регистрация текущих значений массы высушиваемого материала осуществл яется непрерывно. Одновременно вычисляется убыль влаги по времени, осущес т вляетс я пересчет абсолютных значений в относительные, формируются соответствующие массивы данных. При невозможности обрабатывать данные на компьютере, рекомендуется записывать показания каждые 10 с ( текущ ую масс у и убыль влаги ) . Также , перед запуском печи , необходимо записать исходную массу образца. 8. Занести показ атели режима в сводную таблицу 1. С началом рабочего режима наблюдать за изменением массы высушиваемого материала и убыли влаги на компьютере . Обратить внимание на хара к терные участки изменения массы. 9. При устан овлении равновесной влажности, когда изменение текущей ма с сы становится меньшим 0,1 г за цикл измерений, выключить сушильную камеру и записать время сушки и данные цифровых индикаторов в табл и цу 1. 10. Открыть камеру и через 2 - 3 минуты осторожно извлечь высу шенный о б разец. Визуально оценить качество сушки. 11. Повторить пун к ты 6 - 10 при других режимах работы печи ( к онвекционный нагрев при температуре 250 о С , время 7 мин и инфракрасный нагрев, время 7 мин , запись показаний каждые 20 с ). 12. Перенести в отчет графики изменений текущей массы и убыли влаги по времени. 13. Построить и проанализировать графики экспериментальных з а висим остей dM / d  = f (  ). 8 Таблица 2 . 1. Основные показатели исследованных режимов сушки № п/п Способ су ш ки Начальная масса о б разца, г Ма с са о б разца в конце сушки, г Убыль вл а ги, ℅ Вр е мя су ш ки, мин. 1 СВЧ 2 Конвекти в ный 3 Инфракрасный Контроль ные вопросы 1. Как различаются между собой скорости сушки в периоды удаления мех а нически связанной и адсорбированной влаги? 2. Чем можно объяснить различие кривых сушк и на рис унке 1? 3. Как сказывается влияние медленных диффузионных процессов на скорость с ушки? Выводы по работе должны содержать 1. Краткую характеристику выполненной работы (высушиваемый материал, режимы работы печи, использованное оборудование). 2. Максимальное и минимальное время сушки и ранжировку различных р е жимов по скорости сушки. 3. Характери стику основных этапов сушки для различных способов повода тепла к высушиваемому материалу и рекомендации по выбору оптимал ь ного режима сушки 4. Оценку погрешности выполненных измерений. Общее описание запуска автоматизированных лабораторных работ 1. Подключение измерительной системы к компьютеру - подключить USB разъем устройства сбора данных ДС - 4 к USB порту ко м пьютера ; 9 в работах, где используются электронные весы, необходимо дополн и тел ь но - подключить весы с помощью кабеля удлинителя - переходника к USB порту ко м пьютера. 2. Подключить стенд к сети 220 В. Включить ра боту стенда автоматом «Сеть» и соответствующих устройств, используемых в лаборато р ной работе кно п ками «ВК1», «ВК2», «ВК3». 3. Включить компьютер 4. Открыть программу проведения лабораторной работы, ознакомиться с лицевой панелью и элементами, изображенны ми на ней (самописцы, цифр о вые индикаторы, стрелочные индикаторы, кнопки, сигнальные устройства и т.д.) Рис унок 4 – Лицевая панель лабораторной работы . 1 - 2 - цифровые и стрелочный индикаторы, 3 - многоканальный запом и нающий осциллограф и XY - самописец, 4 - кно пки управления ходом лабор а торной работы 5. Запуск лабораторной работы производится кнопкой « Пуск » , ра с положенной в вер х ней панели управления. 6. Остановка работы производится кнопкой «СТОП» на лицевой п а нели. 7. Все опе рации с накопленными данными (обработка, вывод на XY с а мописец, сохранение в Excel и др.) происходят после нажатия кнопки «СТОП». Если воспользоваться ав а рийной кнопкой останова программы в верхней части панели , то операции с данными не пр о изводятся. 10 8. Если при запуске программы и ли в ходе ее возник ает ошибка ( р ис унок 5 ), то следует пров е рить подключена ли измерительная система к USB разъему компьютера. Рис унок 5 – Ошибка при неподключенной измерительной системе 9. Во время работы программы пользователь может изменять способы отображения данных на используемых приборах. В частности изменять вид гр а фика. Для этого необходимо - вывести курсор на изм еняемый график, нажать правую кнопку мыши и в вып а дающем меню (рис унок 6 ) выбрать соответствующий пункт Common Plots – вид отображения (сплошная линия, отдельные то ч ки, точки соед и ненные прямыми линиями и т.д.) ; Color – цвет точек и линий ; Line Style – тип л инии (сплошная, пункти рная, штрих - пунктирная и т.д.) ; Line Width – толщина линии ; Anti - Aliased – сглаживание линии ; X scale , Y scale – выбор привязки шкалы, к тем или иным показат е лям отдельно по оси Х и Y . Рис унок 6 – Меню изменения вида отображения граф ика Для изменения шкалы графика следует : - выбрать изменяемую шка лу и нажат ь правую кнопку мыши ; - в выпадающем меню (рис унок 7 ) выбрать соответствующий пункт ; 11 Formatting – меню формата шкалы (точность, логарифмическая шкала, и т.д.) ; Style – стиль отображения ; AutoScale Y , Х – автомаштабирование по оси Y , Х ; Duplicate , Delete Scale – дублировать или удалить шкалу. Рис унок 7 – Меню изменения вида отображения шкалы Точно также, можно изменять пределы шкал графиков и стрело ч ных приб о ров, как во время работы программы, так и по ее окончанию. 10. После окончания эксперимента, помимо описанных выше операций, р а боту с графиками можно продолжить помощью панели Graph Palette (рис унок 8 ), позволяющей перемещать и увеличивать отдельные фра г менты графика. Для вы зова данной панели нужно после остановки програ м мы на графике нажать на правую кнопку мыши и выбрать пункт Vis i ble Items  Graph Palette Рис унок 8 – Вызов панели Graph Palette . 11. Перевод сохраненных массивов экспериментальных данных в Excel . При необходи мости дальнейшей обработки полученных данных, в 12 пр о грамме предусмотрено сохранение данных в текстовый файл с возможностью обработки в программе MS Ecel . Д ля этого требуется п осле окончания раб о ты нажать кнопку «Сохранить данные в Ecel Литература 1. Сборник трудов меж дународной научной конференции  Образоват ельные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и компьютерные технологии Naional Insrumens  . - М.  РУДН, 2005. - 392 с. 2. Малахов Н.Н., Плаксин Ю.М., Ларин В.А. Процессы и аппараты п и щевых производств. - Орел . Издательство ОрелГТУ, 2001. - 687 с. 3. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты х и мической и нефтехимической технологии. – М. Химия, 1987. – 496 с.

Приложенные файлы

  • pdf 8076260
    Размер файла: 637 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий