Экспериментальное определение коэффициента использования поверхности крупнодисперсных материалов при их сушке в плотном слое

Экспериментальное исследование процессов тепло- и массообмена в сушильных установках, в том числе и в вакуумных, основывается на определении коэффициентов тепло- и массоотдачи.

Известно, что значения коэффициентов теплоотдачи a и массоотдачи b определяются соотношениями:

, (2.1)

, (2.2)

где Q – количество теплоты, затрачиваемое на нагрев материала, Вт; W – количество влаги, удаляемой из высушиваемого материала, кг/с; Dt – разность температур материала и конденсации паров испаряющейся влаги, ⁰С; DP – разность парциальных давлений водяного пара, соответствующих температуре материала и температуре конденсации пара, Па; F – площадь поверхности испарения, м².

В случае сушки гранулированного или измельченного материала (частицы в форме шара, куба, параллелепипеда и т.д.) в плотном слое при определении величин, входящих в уравнения (2.1) и (2.2), наибольшую трудность представляет определение действительной площади поверхности испарения. Это связано с тем, что частицы материала, расположенные в плотном слое, частично деформируются и перекрывают (рисунок 2.1) поверхность друг друга и вследствие этого действительная поверхность тепломассообмена будет меньше поверхности частиц.

Целесообразно аналитическое описание коэффициента использования поверхности, обозначив его через k_F, осуществить с помощью интенсивности сушки j, которая не зависит от высоты слоя материала и характеризует количество влаги, удаляемое с единицы поверхности материала в единицу времени. Согласно формуле (5) коэффициент использования поверхности высушиваемого материала характеризует отношение действительной поверхности испарения, участвующей в активном тепломассообмене, и образованной за счет частичного перекрывания друг друга частиц, к полной, или максимальной возможной поверхности, которая бы имела место в случае, если в активном тепломассобмене участвовала вся поверхность каждой частицы материала.

а) б) Рисунок 2.1 -Действительная поверхность испарения высушиваемого материала. а) - частицы круглой формы; б) - частицы в форме куба. 1 - сетка; 2 - частицы; 3 - поверхность частиц, не используемая в тепломассообмене.

Так, если действительная поверхность испарения материала с определенной высотой слоя при каком-либо режиме сушки равна:

, (2.3)

то полная или максимальная поверхность испарения будет вычисляться аналогично:

. (2.4)

В формулах (2.3) и (2.4) W_д, W_max – количество удаленной влаги в реальных и идеальных условиях, соответственно.

Учитывая, что данные уравнения характеризуются одинаковыми условиями протекания процесса сушки, то, разделив уравнение (2.3) на (2.4) получим:

(2.5)

Зная значение коэффициента использования поверхности высушиваемого материала для конкретного случая, можно без труда определить площадь поверхности, участвующей в тепломассообмене F по формуле:

F=K_F·F_max , (2.6)

а затем рассчитать коэффициенты тепло- и массоотдачи по формулам (1.2) и (2.2).