Учебно-методический комплекс дисциплины «Основные процессы и аппараты химико-технологических производств» (стр. 13 )

  L + L· x0 + m1 = L + L· x2 + m2 ;  (5 )

L - массовый расход подаваемого вентилятором воздуха в сушильной установке, кг/с;

m1; m2 – массовые расходы влажного и сухого материала, кг/с;

x0 ; x2  - начальное и конечное влагосодержания  в воздухе, кг/кг.

Из уравнения ( ) находят расход воздуха L, необходимый для подбора вентилятора и теплового расчёта сушилки.

L = (m1 -  m2 ) / (x2  - x0  );  (6 )

Откуда удельный расход воздуха, характеризующий технико-экономическую эффективность работы сушильной установки, определится:

  l =  1 / (x2  - x0 );  ( 7)

Общий вид уравнения теплового баланса сушилки следующий:

Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + ;  ( 8)

где Q1 , Q2 ,…, Q7 -  тепловые потоки в Вт, входящие и выходящие из сушильной камеры:

Q1 – с нагретым после калорифера воздухом;

Q2  - с влажным материалом;

Q3  - с транспортными механизмами;

Q4  - с отработанным воздухом на выходе из сушилки;

Q5  - с высушенным материалом;

Q6  - с транспортными механизмами;

Q7  - с тепловыми потерями.

Из уравнения теплового баланса определяют затраты тепла на сушку, тепловую поправку на действительный сушильный процесс ? в

кДж/ кг и далее – реальный расход воздуха L, а также тепловую нагрузку калорифера  Qк в кВт. 

  Qк  =  L · ( I1 – I0) ;  (9 )

I1, I0  - энтальпии воздуха соответственно после и до калорифера,

кДж / кг.

Для сушки пищевых и других продуктов применяют сушилки различных конструкций.  На распылительных сушилках высушивают жидкие продукты: молоко, сливки, соки  и многие другие.  Овощи, фрукты, мясо  и другие продукты высушиваются в сублимационных сушилках.  На ленточных сушилках  высушиваются  сыпучие и мелкоштучные продукты.

Вопросы для самопроверки.

1. Способы удаления влаги из материалов и применение каждого из этих способов. Сушка. К какой группе процессов она относится и почему? Как осуществляется процесс сушки,  какие сушильные агенты применяются для сушки, их достоинства и недостатки? Значение сушки для пищевой промышленности.

2. На какие группы делятся влажные материалы и какие имеются связи влаги с материалом? Распределение концентрации влаги в материале. Что такое влажность, влагосодержание материала и равновесная влажность.

3. Что понимается под влагопроводностью и термовлагопроводностью? Как определяются количество перемещаемой влаги под действием влагопроводности и термовлагопроводности и суммарное количество влаги при наличии градиентов концентрации и температуры? Как происходит перемещение влаги путём влагопроводности и термовлагопроводности?

4. Процессы сушки материала. Что является движущей силой при сушке и как определяется количество пара, испаряемого с поверхности материала? Чем лимитируется скорость сушки, что характеризуют критические точки?

5. Что является движущей силой в первый период сушки, какими уравнениями выражается скорость сушки в этот период и количество испаряемой влаги с единицы поверхности? Какие определяющие факторы влияют на скорость сушки в первый период?

6. Что является движущей силой сушки во второй период? Какая влага удаляется в этот период? Напишите уравнение скорости сушки во втором периоде и определите коэффициент интенсивности влагообмена. Факторы, оказывающие влияние на скорость сушки во втором периоде. Что вызывает усадку и коробление продуктов и как должен протекать процесс сушки, чтобы избежать растрескивания продукта?

7. Характеристика процесса сушки. Схема процесса и принятые обозначения основных параметров. Как строится теоретический процесс в У-Х диаграмме и почему энтальпия воздуха в теоретическом процессе сушки не изменяется? Как по диаграмме определяется количество воздуха и тепла, расходуемого на 1 кг. влаги, испарённой в сушилке?

8. Как составляется материальный баланс сушки и определяется количество испаренной воды? Как составляется баланс влаги сушилки/воздуха и материала/ и определяется общий и удельный расход воздуха.

9. Как составляется тепловой баланс реальной сушилки и как определяются расходы воздуха и тепла? Зависимость между энтальпией воздуха входящего в сушилку и энтальпией воздуха выходящего из него, а также поправка на действительную сушилку /величина/.

10. Как строится действительный процесс сушки в I-d диаграмме и  как из I-d диаграммы определяются расчёт воздуха и тепла?

11. Чем отличается сушильный процесс с подогревом воздуха в сушильной камере от нормального сушильного процесса? Как строится процесс в I-d диаграмме при подогреве воздуха только в подогревателе или только в сушильной камере? Как в последнем случае определяется расход воздуха на 1кг. испаренной влаги и расход тепла, затрачиваемый подогревательной и сушильной камере? Какие преимущества имеет сушильный процесс с подогревом воздуха в сушильной камере при прочих равных параметрах сушильного процесса?

12. Как осуществляется расчёт сушилки аналитическим путём /определение аналитическим путём параметров состояния влажного воздуха и тепла по заданным 

13. Отличительные особенности сушилки с промежуточным подогревом воздуха. Как строится процесс такой сушилки в I-d диаграмме при заданных значениях? Как определяется удельный расход воздуха, а также расход тепла в каждом подогревателе? Достоинства и недостатки сушилки с промежуточным подогревом воздуха.

14. В каких случаях целесообразно применять сушилки с возвратом отработанного воздуха? Как строится процесс такой сушилки в  диаграмме? Как определяется расход воздуха, поступающего в подогреватель /свежего/ и отработанного и расход тепла при нормальном процессе и с возвратом воздуха при одинаковых конечных параметрах?

15. Как определяется К. П.Д. сушильной установки? Д. различных вариантов сушильных процессов при прочих равных условиях.

16. По каким признакам производится классификация сушилок? Устройство и работа барабанных сушилок. Конструкции внутренних насадок, их достоинства и недостатки, выбор типа. Определение основных размеров барабанных сушилок / диаметра и длины/.

17. Какие типы конвективных сушилок, кроме барабанных, применяются в пищевой промышленности? Их устройство, работа и расчёт. Для сушки каких пищевых продуктов пригодны эти сушилки?

18. На каком принципе основана работа контактных сушилок? Устройство, работа и расчёт контактных сушилок. Для сушки каких пищевых продуктов пригодны эти сушилки?

19. Какие особые методы сушки применяются в пищевой промышленности? Для сушки каких продуктов они применяются и почему? Устройство и работа сушилок. Технико-экономическая оценка новых методов сушки.

Рекомендуемая  литература.

1. , , и др.  Процессы и аппараты пищевых производств. М., «Агропромиздат», 1985г.

2. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., «Химия»,1971г.

Лекция 15.  Массообменные процессы.  Процесс абсорбции.

План лекции:

1.  Основы теории абсорбции.

2.  Материальный  баланс абсорбции.

1.  Основы теории абсорбции.

Абсорбция – процесс поглощения газов или паров всем объёмом жидкости.

  Поглощение газа может  происходить либо за счёт его растворения в жидкости (абсорбенте), либо в результате его  химической реакции с абсорбентом. В первом случае процесс называется физической абсорбцией, во втором случае – хемосорбцией.

  Растворимость газов в жидкостях зависит от физических свойств газов и жидкостей, от температур в системе, парциального давления поглощаемого газового компонента  над жидкостью. Зависимость между растворимостью газа и его парциальным давлением характеризуется законом Генри:

  «Растворимость газа прямо пропорциональна парциальному давлению газа над жидкостью».

x = p ·?;  ( 1)

где x – концентрация растворённого газа в жидкости;

  p  - парциальное давление поглощаемого газа;

  ? – коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств газа и поглотителя.

В газовой смеси  величина парциального давления определяется законом Дальтона:

  «Парциальное  давление газового компонента  составляет долю от общего давления, пропорциональную  концентрации компонента в газовой  смеси».

  p = y · P;  ( 2) 

где y – концентрация растворённого  компонента  в газовой смеси.;

  P - общее давление газовой смеси.

2.  Материальный  баланс абсорбции.

Уравнение материального баланса абсорбции имеет вид:

  М = G ? (ун - ук) = L ? ( хк – хн );  ( 3)        

где М – массовый расход  поглощённого газа, кг/с;

  G – массовый расход  проходящей газовой смеси, кг/с

  L  -  массовый расход  проходящей жидкости, кг/с

При абсорбции выделяется значительное количество тепла Q, которое необходимо  компенсировать охлаждением водой:

Q = M ? Ф;  (4 )

Вопросы для самопроверки.
1. Определение абсорбции, виды процесса.

2.  Законы Генри и Рауля.

3. Закон Дальтона.
4. Приемы, применяемые для создания тесного контакта между газом /или паром/ и жидкостью. Сущность механизма процесса течения жидких пленок. Как определяются в этом случае критерии Рейнольдса, эквивалентный диаметр и средняя скорость течения жидкости? Какой вид имеет течение жидких плёнок в зависимости от числа Рейнольдса?

5.  Основные уравнения течения жидких плёнок, применяемые для определения скорости жидкости, коэффициента трения, числа Рейнольдса, средней толщины пленки. По какому закону изменяется скорость течения жидкости в тонком слое?

6.  Какие применяются типы насадок для создания контакта между газом/паром/ и жидкостью? Показатели, характеризующие насадки. Режимы движения, наблюдаемые при противоточном движении газа /пара/ и жидкости в насадочных колоннах, их характеристика.

7. Отчего зависит и как определяются потери напора при движении газа в скруббере? При каких процессах необходимо диспергировать жидкость в газовой среде? Аппараты, применяемые для этой цели, их типы и конструкции, расход энергии.

8 Составление уравнения материального баланса абсорбции. Как и для чего строится рабочая линия процесса адсорбции? Что такое кривая равновесия и что является движущей силой процесса адсорбции? Покажите на диаграмме, построенной в координатах Х-У, в каких случаях протекает процесс абсорбции и когда процесс десорбции?