Лабораторная работа 6. Сушка


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его 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