Файл: Морозов, С. В. Сушка лубоволокнистых материалов учебник.pdf

паряется так же свободно, как с открытой поверхности воды. Пар­ циальное давление водяного пара у поверхности материала, содержащего свободную влагу рм, равно соответствующему давле­ нию у поверхности чистой воды рн, т. е. рм = рн■Температура по­ верхности материала при этом равна температуре мокрого термо­ метра. Материал, содержащий свободную влагу, считается влаж­ ным (мокрым). Свободная влага удаляется из материала при его сушке.

К гигроскопической (связанной) влаге относятся адсорбцион­ ная, микрокапиллярная и часть осмотической. Этот вид влаги прочнее связан с материалом. Состояние материала, когда он со­ держит максимальное количество гигроскопической влаги и не со­

При сушке влажный материал вначале отдает свободную влагу, затем ту часть гигроскопической, которая может быть удалена из материала при данной температуре и влажности воздуха. Повы­ шая температуру воздуха и снижая его влажность, можно удалить из материала еще некоторое количество гигроскопической влаги.

По условиям удаления из материала при сушке влагу подраз­ деляют на избыточную и равновесную. В общем виде: AW =

=№„зб+ №р.

Кизбыточной влаге относят свободную влагу и ту часть гигро­ скопической, которую можно удалить при данных условиях сушки, т. е. при данной температуре и влажности сушильного агента.

К равновесной влаге относят ту ее часть, которая остается в материале при данных условиях сушки. В равновесную влагу обычно входит большая часть гигроскопической влаги.

Удаление свободной и части гигроскопической влаги из мате­ риала называется с ушкой . Обратный процесс — поглощение влаги материалом из воздуха — называется с о р б ц и е й . Она про­ исходит только по достижении материалом гигроскопического влагосодержания при ф=100%. В дальнейшем материал может увлажняться только при непосредственном контакте с водой. Мак­ симальное количество влаги, которое материал может при этом поглотить, называется его в л а г о е м к о с т ь ю и составляет при­ мерно для стеблей лубяных культур 2—4 кг влаги на 1 кг сухого материала.

Равновесная влажность материала

Влагообмен между материалом и воздухом прекращается, если Рм= Рп- Этот момент наступает в том случае, когда материал на­ ходится в воздухе с постоянными параметрами в течение времени,

25

влажность его стремится к пределу, по достижении которого ос­ тается постоянной. Эту устойчивую влажность материала назы­ вают р а в н о в е с н о й W v . Для данного материала величина равновесной влажности зависит от влажности и температуры окру­ жающей среды. Равновесная влажность с увеличением темпера­ туры воздуха при неизменной его влажности уменьшается. С уве­ личением влажности воздуха и при неизменной температуре зна­

ной тресты при тех же параметрах воздуха — от 0,036 до 0,16 кг/кг. Значения равновесной влажности при одних и тех же парамет­ рах воздуха зависят от того, каким путем она получена: сушкой достаточно влажного материала или сорбцией влаги из воздуха достаточно сухим материалом. Кривые зависимости равновесной влажности материала от влажности воздуха при постоянной тем­ пературе называют изотермами сорбции или десорбции, которые

определяют обычно в лабораторных условиях.

Как видно из рис. 3, одинаковые величины равновесной влаж­ ности возможны при различных значениях относительной влажно­ сти воздуха ср в зависимости от процесса десорбции или сорбции. Значение равновесной влажности при одном значении ф в процессе

пористых коллоидных материалов (лубоволокнистое сырье) объяс­ няется присутствием воздуха на стенках капилляров, которые из-за этого не полностью смачиваются водой.

Равновесная влажность, соответствующая ф—100%, называется г и г р о с к о п и ч е с к о й (гигроскопической точкой). Она является

26

границей между гигроскопической (связанной) влагой и свобод­ ной. При влажности материала большей, чем гигроскопическая, давление водяного пара над поверхностью материала равно дав­ лению водяного пара у открытой поверхности чистой воды и не зависит от влажности воздуха и свойств материала. При влажно­ сти материала больше влажности его в гигроскопической точке материал находится в об­

было больше удалено влаги — в процессе отжима или сушки.

Ре ш е н и е . Влажность материала выразим через абсолютную влажность

(%)по формуле (34):

27

Пример 2. В сушильную машину загружена льняная треста в количестве

100 + 21

Пример 3. Завод в течение года отгрузил 400 т длинного волокна при сред­ ней абсолютной влажности И+р. д = 12% и 430 т короткого волокна при Wcp. к =

Во п р о с ы д л я п о в т о р е н и я

1.Чем отличается процесс испарения влаги из материала от процесса ее выпаривания?

2.В чем отличие относительной влажности материала от абсо­ лютной?

3. Как изменяется теплоемкость лубоволокнистых материалов

сувеличением их влажности?

4.От чего зависит теплосодержание материала?

5.Дайте характеристику механической связи влаги с ма­ териалом.

6.Какие виды влаги воспринимаются материалом из окружаю­ щего влажного воздуха?

7.Какие виды влаги воспринимаются материалом при непо­ средственном его контакте с водой?

8.Как изменяется прочность конопли, кенафа, льна с измене­ нием влажности?

9.Дайте краткую характеристику процесса поглощения влаг лубоволокнистым материалом.

10.Что такое гигроскопическая влажность и какое она имеет практическое значение?

11.Что такое равновесная влажность и как она изменяется в за­ висимости от температуры и относительной влажности сушильного агента?

12.Объясните, почему для лубоволокнистых материалов принята технологическая влажность стеблей в 12—14% ■

13.Чем объясняется гистерезис сорбции?

14.Дайте характеристику влаги с точки зрения процесса сушки.

28

Гла ва IV

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ СУШКИ

ИУВЛАЖНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА СУШКИ И УВЛАЖНЕНИЯ

Сушка и увлажнение лубоволокиистых материалов представ­ ляют собой сложный теплофизический процесс, проходящий в ма­ териале и окружающей среде.

Для раскрытия механизма сушки или увлажнения материала изучают состояние равновесия между материалом и окружающей средой (статика процесса); скорость сушки в зависимости от раз­ личных факторов материала и окружающей среды (кинетика про­ цесса); энергию связи влаги с материалом и законы перемещения в нем влаги (динамику процесса), а также влияние параметров сушки на качество и технологические свойства материала (техноло­ гию процесса).

Следует различать две стадии процесса сушки:

тепло- и влагообмен между материалом и окружающей средой (внешний влагообмен);

перемещение влаги из внутренних слоев материала к его поверх­ ности (внутренний влагообмен).

Процессы тепло- и влагообмена между материалом и окружаю­ щей средой неотделимы друг от друга, зависят от формы, качества поверхности и вида материала, скорости, характера движения, тем­ пературы и влажности сушильного агента. Чтобы проходил процесс теплообмена, необходима разность температур материала и окру­ жающей среды, т. е. Д*= /С—0М.

При ^с = 0м процесс теплообмена и сушки прекращается. При низкотемпературной сушке лубоволокиистых материалов темпера­ турный градиент существенно не влияет на скорость сушки. Про­ цесс сушки лубоволокиистых материалов определяется главным об­ разом условиями влагообмена. Для влагообмена необходимо, чтобы парциальное давление водяного пара у поверхности материала рм превышало парциальное давление водяного пара окружающей среды Рв, т. е. Ар = рм—ра или Ad = dM—dH. При условии рм<Рн(^м<й?н) процесс влагообмена будет проходить от окружающей среды к ма­ териалу (материал будет увлажняться).

Процесс перемещения влаги из внутренних слоев материала к его периферии зависит от физико-хймических свойств матери­ ала, его структуры, вида и характера связи влаги с материалом.

При конвективной сушке первоначально теряют влагу наружные слои ткани, затем прилегающие к ним внутренние. При удалении влаги лубоволокнистые материалы сохраняют эластичность, но об­ щий их объем и площадь поверхности уменьшаются. Капилляры и поры сужаются и приобретают коническую форму. Это способствует усилению перемещения влаги из внутренних слоев к поверхности

29