Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические аспекты процессов теплообмена при сушке рулонных материалов конвективным способом. конструктивная реализация и оценка эффективности 7
1.1. Методы и оборудование для термообработки на основе псевдоожижения 8
1.2. Оборудование непрерывной термообработки с использованием активного гидродинамического режима (АГР) 12
1.3. Оборудование непрерывной термообработки с использованием конвективного метода
2. Моделирование тепломассопереноса при термической обработке рулонных материалов 23
2.1. Математическое описание процесса теплопередачи и разработка методики расчета нагрева рулонных материалов в аппаратах с сопловым обдувом 23
2.2. Математическое описание процесса теплопередачи и разработка методики расчета нагрева рулонных материалов в аппаратах с псевдоожиженным инертным теплоносителем 32
2.3. Математическое описание процесса теплопередачи и разработка методики расчета нагрева рулонных материалов в аппаратах с активным гидродинамическим режимом 39
2.4.Основные параметры и соотношения воздушной и паровой среды 41
2.5. Основные соотношения тепло - и влагообмена процесса тепловой обработки рулонных материалов 54
2.6. Температурные поля и влагосодержания рулонных материалов в процессе сушки 60
3. Обобщенная теория аналитического расчета полей температур и влагосодержаний при сушке рулонных и листовых материалов 66
3.1. Кинетика химических и фазовых превращений в твердой фазе 66
3.2. Внутренний тегоіомассоперенос в твердых телах 69
3.3. Физические представления о процессе и формулировки симметричной краевой задачи нестационарного тепломассопереноса 82
3.4. Тепломассоперенос при конвективной сушке рулонных материалов 83
4, Расчетно-экспериментальные исследования процессов конвективной сушки рулонных материалов и инженерная методика расчета конвективных сушильных аппаратов 93
4,1 Экспериментальные установки для исследования процессов конвективной сушки рулонных и листовых материалов 93
4.2. Исследование процесса сушки картона 99
4.3. Влияние скорости движения воздуха 104
4.4. Влияние коэффициента теплоотдачи 105
4.5. Время сушки картона 107
4.6. Температура сушки ткани 110
4.7. Инженерная методика расчета конвективных сушильных аппаратов 119
Выводы 128
- Оборудование непрерывной термообработки с использованием активного гидродинамического режима (АГР)
- Математическое описание процесса теплопередачи и разработка методики расчета нагрева рулонных материалов в аппаратах с псевдоожиженным инертным теплоносителем
- Внутренний тегоіомассоперенос в твердых телах
- Исследование процесса сушки картона
Введение к работе
Актуальность проблемы. В химической, целлюлозно-бумажной, текстильной промышленности и других производствах, выпускающих различного рода листовые материалы, важную роль занимает процесс сушки. Именно сушка является одной из наиболее ответственных стадий производства, на которых формируются физико-механические свойства, и определяется качество готового продукта.
Среди многообразия технологических процессов важное место занимают гетерогенные процессы, протекающие в системах «газ-материал». Скорость протекания этих процессов и качество готового продукта сильно зависят и определяются закономерностями переноса вещества и энергии во взаимодействующих фазах.
Совершенствование термических технологий при сушке рулонных материалов связано с интенсификацией процессов тепло - и массопереноса, со снижением расхода энергии на единицу выпускаемой продукции и повышением показателей ее качества.
Основой для моделирования процессов термообработки, создания мето дез расчета конструкций аппаратов является теория тепломассопереноса, которая учитывает взаимную связь между тепломассопереносными характеристиками обрабатываемого материала и газовой среды.
Необходимость проведения исследований с целью разработки математических моделей тепломассопереноса в процессе термической обработки рулонных материалов с учетом изменения коэффициентов внутреннего и внешнего переноса теплоты и массы вещества и создания на их основе инженерных методов расчета конструкций аппаратов конвективного типа и определяют актуальность настоящей работы.
В связи с актуальностью проблем ставяться цели данной работы: теоретическое обобщение результатов математического моделирования и расчета процессов тепломассопереноса при термической обработке листовых материалов в аппаратах конвективного типа, базирующееся на новых решениях краевых задач внутреннего тепломассопереноса; развитие и совершенствование на этой основе инженерных методик расчета процессов; создание универсальной методики термообработки на основе конвективного метода; разработка математического описания и программного обеспечения для моделирования процесса термообработки; расчетно-экспериментальное исследование процесса в лабораторных условиях; выработка рекомендаций для промышленного освоения результатов исследования; внедрение разработанной методики в практику проектных подразделений ряда предгтриятий.
Научная новизна работы состоит в следующем; теоретико-экспериментальном исследовании внутренней задачи тепло - и массообмена при конвективной сушке рулонных тканых материалов; впервые разработанном обобщенном методе расчета температурного поля и поля влагосодержания для термической обработки листовых материалов, сопровождающееся фазовыми и химическими превращениями и протекающей в системе «газ-материал»; в разработке методики выбора оптимальных режимов рассматриваемых процессов; анализе большинства существующих методик термообработки различных авторов. Полученные решения краевых задач тепломассопереноса легли в основу разработки математических моделей расчета процессов конвективной сушки листовых, рулонных материалов.
Практическая ценность результатов работы заключается в том, что разработаны и доведены до конечной реализации инженерные методы расчета процессов теплообмена при конвективной сушке рулонных материалов, внедренные в расчетную практику ряда предприятий (ОАО «Аммофос», ГУ «Центр по оказанию работ и услуг природоохранного назначения», ООО «ССМ - Тяжмаш», ОАО «Северсталь», ООО «Интерлес», ООО «Октава-Плюс»^ ГУП «Вологодский вагоноремонтный завод», СЖД филиал ОАО «РЖД» локомотивное депо Вологда), Произведено обобщение собственных результатов исследования процессов теплообмена при термообработке рулонных материалов в установках конвективного типа и других исследователей. Результаты работы способствуют более точному выбору параметров конвективной сушки рулонных материалов.
По материалам диссертационной работы получены две приоритетные справки о выдаче патентов РФ на изобретения: «Способ термообработки синтетического рулонного материала» №2003100585; «Устройство для непрерывной вулканизации длинномерных изделий» №200311039.
Достоверность приведенных результатов и выводов, сделанных на их основе, подтверждается проведенными экспериментальными исследованиями, а также опытными данными других авторов.
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: первой Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в науке, проектирование и производство» (Нижний Новгород, 1999), региональной межвузовской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону» (Вологда, 2001); областной научно-практической конференции «Наука производству» (Вологда, 2001); международной научно-технической конференции «Энергосбережение в теплоэнергетических системах» (Вологда, 2001); второй Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (Череповец, 2001); восьмой научно-практической конференции «Резиновая промышленность. Сырье. Материалы, Технология» (Москва, НИИШП, 2001); межрегиональной научной конференции аспирантов «Молодые исследователи - региону» (Вологда, 2002); третьей международной научно-технической конференции «Повышение эффективности теплообменных процессов и систем» (Вологда, 2002); международной научно-технической конференции, посвященной 75-летинему юбилею АГТУ (Архангельск, 2004), четвертой международной научно-технической конференции «Повышение эффективности теплообменных процессов и систем» (Вологда, 2004).
По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ.
Оборудование непрерывной термообработки с использованием активного гидродинамического режима (АГР)
Наиболее эффективным способом повышения технико-экономических характеристик сушильного оборудования является интенсификация теплообмена между теплоносителем - воздухом и обрабатываемым материалом. Наиболее рациональный метод повышения интенсивности теплообмена в аппаратах с конвективным способом передачи тепла - создание активной гидродинамической обстановки вблизи поверхности обрабатываемого материала. Известно несколько способов создания такой обстановки при однофазном течении теплоносителя: применение струйного обтекания [44] , отсос потока через промежуточные поверхности [46], использование колебаний потока [28],[98] при возникновении резонансных частот и амплитуд, применение различных спиральных, витых, шнековых элементов, образующих в потоке винтовые структуры и отрывные зоны, интенсифицирующие теплоотдачу и др. Однако в настоящее время наиболее эффективным способом интенсификации теплообмена в каналах с однофазными теплоносителями считается применение искусственной турбулизации потока [57], такой аппарата представлен на рис. 1.3. На практике искусственную турбулизацию создают размещением в каналах конфузорно-диффузорных вставок [10] , стенок синусоидального или зигзагообразного профиля [25] различных комбинированных вставок [6],[1], или каких либо препятствий-турбулизаторов [57]. Выбор типа турбулизатора или его геометрических размеров, количественно определяющих интенсивность теплообмена, связан с двумя вопросами: установлением требуемой степени активности гидродинамической обстановки и обеспечением установленной активности в условиях минимальных затрат. Рис. 1.3. Общий вид конвективного аппарата с АГР 1-камера нагрева; 2-камера термообработки; 3-опорно-поворотные ролики; 4-воздухораспределители; 5-вставки-активаторы; б-стержни ширителшые и оттяжные; 7-рама опорная
Анализ принципов и теплотехнологических схем сушильных установок, используемых в промышленности и сельском хозяйстве, позволяет констатировать, что в подавляющем большинстве (до 95%) сушилок энергия к влажному материалу подводится конвективным путем [40].
К конвективным методам относят процессы термообработки и оборудование, в которых тепло переносится газом (или жидкостью) при избыточном или атмосферном давлении путем контакта с поверхностью твердого тела, имеющего другую температуру (конвективный теплообмен),
Помимо преимуществ таких, как простота процесса, высокий коэффициент теплоотдачи этот метод имеет и ряд недостатков: дискретность (периодичность) процесса, большая трудоемкость и продолжительность, значительный объем вспомогательных работ и ручных операций, неравномерность термообработки по толщине намотанной на барабан ткани, появление специфических видов брака «ошпар», «подмочка» и т.п. В последнее время появились разработки уплотнительных устройств, которые позволяют непрерывно вводить и выводить материал из аппарата, находящегося под давлением [7]. Основная проблема - возможность повреждения ткани при прохождении материала через механические уплотнители. Значительное распространение в резинотехнической и легкой промышленности получили конвективные способы термообработки тканей без избыточного давления. Передача тепла в аппаратах этого типа осуществляется обдувом движущейся в камере ткани горячим теплоносителем. Камера представляет собой расположенный в вертикальной пли горизонтальной плоскости короб, стенки которого теплоизолированы для снижения потерь тепла в окружающую среду. Теплоноситель в таких камерах чаще всего -воздух, подогреваемый в калориферах.
Известна конструкция роликовой камеры, в которой термообрабатываемая ткань движется по роликам с помощью тянульного устройства [25] . Корпус роликовой камеры разделен перегородками на три секции. В первой секции прорезиненную ткань нагревают до температуры вулканизации, во второй секции происходит термообработка резинового покрытия и в третьей секции ткань охлаждают до температуры 313-323 К. Скорость движения материала в такой камере 6-12 м/мин, длина камеры свыше 30 м. В петлевых (фестонных) камерах при сохранении той же последовательности операций термообрабатываемая ткань поступает на петле образователъ, с помощью которого образуется петля определенной длины. Включающийся цепной конвейер перемещает петлю на расстояние одного шага, составляющего 100-150 мм. Скорость воздуха в камере 0,5-2 м/с. В легкой промышленности применяются камеры фестонного типа, позволяющие более рационально использовать производственные площади благодаря тому, что обрабатываемый материал закольцован.
Часто для термообработки тканей используют камеры систем Богданова и Воскресенского [25],[126]. В камере системы Богданова материал движется по спирали с помощью тянульных валиков; материал сматывают в рулон в центре камеры. В камере системы Воскресенского сматывать в рулон готовую продукцию можно в любом направлении. Материал в ней заправлен также по спирали, но поворот ткани осуществляется внутри камеры. Выход материала предусмотрен с противоположной от входа стороны для удобства расположения намоточного и размоточного устройств. В камерах систем Богданова и Воскресенского материал подвергается растяжению, для уменьшения которого опорные валики делают фрикционными. Принцип обдува вдоль обрабатываемого материала используют также в сушильных агрегатах фирм "Кабаяси", "Гаас", "Адмес", в отечественной сушилке СВР-120, а также в вулканизационных петельных камерах для обработки шинного корда [69]. Достоинства описанных камер: непрерывность процесса, простота конструкции, удобство обслуживания. Однако аппараты такого типа имеют и ряд недостатков: низкий коэффициент теплоотдачи от воздуха обрабатываемому материалу, что обусловливает небольшую скорость движения ткани, не позволяющую в принципе агрегировать камеры с каландрами в поточные линии; громоздкость оборудования и необходимость больших производственных площадей; неравномерность вулканизации по ширине ткани; низкий термический КПД и большой удельный расход энергии.
Процесс конвективной термообработки ткани можно интенсифицировать с помощью соплового обдува [25]. Ткань обдувают потоком горячего воздуха, подаваемого перпендикулярно или под некоторым углом к обрабатываемой поверхности через специальные сопла со скоростью 20-40 м/с. Основная причина интенсификации тепломассообменных процессов в аппаратах этого типа турбулизация пограничного слоя у поверхности материала благодаря струйной подаче теплоносителя. Материал в аппарате может двигаться горизонтально или вертикально. В сушилке для ткани или пленочного материала с двухсторонним сопловым обдувом обрабатываемый материал направляющими роликами подается в сушильную камеру. Воздух, нагретый в калорифере до температуры 423 - 443 К, центробежными вентиляторами направляется в распределительные короба и через сопла обдувает ткань с двух сторон. Отработанный воздух выбрасывается в атмосферу при температуре 393-403К. В сушилке расположено несколько рядов сопел, расстояние между которыми 6-8 мм, диаметр сопел 3-5 мм.
Математическое описание процесса теплопередачи и разработка методики расчета нагрева рулонных материалов в аппаратах с псевдоожиженным инертным теплоносителем
Вопросам создания теории псевдоожиженных систем, разработке проблем их гидродинамики, тепло - и массообмена посвящены работы советских ученых П.Г. Романкова, С.С. Забродского, Н.И, Сыромятни кова, О.М. Тодеса, А.Н, Плановского, Н.И. Гельперина, В.Г. АЙнштейна, А.П. Баскаков, Н.Б. Кондукова, Н.Э. Шахова, И.Г. Мартюшина, Д.И. Орочко, Б.С. Сажин и др. [37,48,123].
Проблемы разработки процесса теплопередачи и методики расчета рулонных материалов в аппаратах с псевдоожиженным инертным теплоносителем глубоко рассмотрены в работах В.Д. Гвоздева, А.А. Сальникова, Н.И. ГТетрунина, Т.С. Борисенко, Е.В. Борисовой, И.Г. Соловьева, А.А. Аваева, А.Н. Чохонелидзе, Л.М. Боданкин, А.Л. Клименко и др [13, 35,31, 65,109,125,141].
В аппаратах с псевдоожиженным слоем твердые частицы хаотично движутся в замкнутом пространстве, вступая в кратковременный контакт с обрабатываемым материалом. В качестве инертного зернистого теплоносителя употребляется кварцевый песок, отмытый от глины и органических примесей и шлаковые шарики, их параметры приведены в табл. 4.1. Тепло, необходимое для сушки, непрерывно подается от потока воздуха (путем конвекции) и от твердых частиц - в момент соприкосновения с поверхностью. Материал прогревается одинаково с обеих сторон, поля температур и влагосодержания симметричны.
Кривые скорости сушки имеют во всех случаях аналогичную форму: отмечается горизонтальный участок dWIdt=const, соответствующий первому периоду: после первой критической точки кривая направлена выпуклостью в сторону оси абсцисс, после второй - к оси ординат [33].
С ростом толщины материала уменьшается скорость сушки и увеличивается продолжительность первого периода. Во всех случаях при одинаковых расходах воздуха и температурах скорость процесса оказывается в 2-3 раза выше, чем в конвективном потоке, причем, введение псевдоожиженного слоя эквивалентно по своему действию повышению температуры.
При внесении исследуемого образца в горячий псевдоожиженный слой общее давление внутри него в первом периоде сушки резко возрастает и оказывается выше тем выше, чем толще образец и больше температура греющей среды. Максимального значения оно достигает в начале второго периода, когда молекулярный перенос влаги сменяется молярным. Пока происходит удаление влаги из микрокапилляров, давление внутри образца остается постоянным, а затем начинает медленно уменьшаться. Подобная картина описана в работах Ю.А, Михайлова, Ю.Г. Ершова, П.Д. Лебедева, А.И. Зуева [33,37].
В первом периоде сушки температура по толщине образца остается постоянной, приблизительно равной температуре мокрого термометра. Влага внутри материала перемещается в виде жидкости, температура его наружных слоев неизменна, т.к. парообразование идет на открытой поверхности. Основное значение в этом периоде имеет внешний массообмен. Однако из-за дополнительного подвода тепла к поверхности движущимися частицами ее температура выше температуры мокрого термометра. Последнее согласуется с данными М.Н. Марковой и И.Г. Мартюшина, В.Н, Циглера и В.Т. Браввельтона.
Интенсивность сушки в первом периоде определяется величиной температурного напора и перепада парциального давления пара. Существенную роль в этом периоде играет скорость псевдоожижающего агента.
Как фибра, так и картон уже в начале обезвоживания дают осадку и уменьшаются в объеме, при этом влага выдавливается изнутри материала, благодаря чему продолжительность периода постоянной скорости может увеличиваться. В наружных слоях образца длительность периода составляет 9-12 % от общей продолжительности сушки, а в его середине 3 %. Таким образом, можно сделать вывод, что первый период сушки в псевдоожиженном теплоносителе сходен с периодом постоянной скорости при конвективном процессе, однако интенсивность его выше в 2-4 раза.
Второй период сушки отличается от первого наличием градиента температуры по толщине обрабатываемого материала. Кривые скорости сушки тканей, картона и фибры во втором периоде почти всегда имеют вторую критическую точку. В поверхностном слое период падающей скорости протекает плавно и более энергично, интенсивность сушки его в два раза выше, чем в середине.
При переходе за вторую критическую точку температура открытой поверхности материала постепенно приближается к температуре окружающей среды, в центральных слоях она достигает этого значения несколько позднее -при влагосодержании близком к нулю,
Во втором периоде вначале продолжает удаляться осмотическая влага (кривая скорости сушки направлена выпуклостью к оси абсцисс), а затем (за второй критической точкой) уже в виде пара- адсорбционно-связанная (кривая обращена выпуклостью к оси ординат). Вторая критическая точка выражена довольно отчетливо, что сближает процесс сушки во втором периоде с контактной сушкой: интенсивность ее в основном зависит от внутреннего парообразования и молярного переноса пара, а также — градиента общего давления в материале.
Скорость воздуха во втором периоде по сравнению с перепадом температуры между слоем и поверхностью имеет меньшее значение.
К числу важнейших факторов, определяющих продолжительность сушки и качество готовой продукции относятся: температура псевдоожиженного слоя, скорость воздуха, толщина обрабатываемого материала. Границы этих зависимостей и оптимальные значения величин установлены путем анализа кинетических кривых сушки. Изучение влияния размера частиц инертного зернистого теплоносителя на интенсивность процесса показало, что хотя с уменьшением среднего диаметра последняя растет, лучше всего применить широкие фракции порядка 0,2-0,8 мм. Изменения механических свойств материалов после обработки в псевдоожиженном теплоносителе не обнаружено.
Внутренний тегоіомассоперенос в твердых телах
В процессах термообработки, как правило, происходит перенос вещества из твердой фазы в газовую. При кажущейся простоте процесса (диффузия переносимого компонента из внутренних слоев к поверхности материала и последующая массоотдача с поверхности в среду теплоносителя), в реальности процессу сопутствует комплекс физико-химических превращений. Плотность потока субстанции, которой обмениваются фазы, существенно определяется закономерностями переноса теплоты и массы вещества внутри материала, а также условиями обтекания его поверхности потоком теплоносителя.
Быстрый темп изменения температуры и массосодержания материала в поверхностных слоях приводит к возникновению градиентов потенциалов переноса, которые в свою очередь, способствуют образованию потоков субстанции, направленных изнутри к поверхности или в обратном направлении. Теплота может переноситься внутри твердого тела теплопроводностью через скелет твердого тела, конвекцией в порах. Соответственно, перенос массы обусловливается массопроводностью, конвекцией в порах, а кроме того термо - и бародиф фузией. Изменение тепло - и массосодержания в процессе термообработки ведет к изменению его теплофизических свойств и геометрических размеров вследствие усадки. Они, в свою очередь, оказывают влияние на изменение коэффициентов внутреннего и внешнего переноса, а последние, в свою очередь, влияют на скорость межфазного тепло - и массопереноса.
Сложность учета всех вышеперечисленных явлений при создании единого математического описания вызывает необходимость создания упрощенных (или приближенных) математических моделей переноса субстанции. В связи с этим, при моделировании процессов тепломассопереноса в гетерогенных средах общепринятым является подход [90], согласно которому решение задачи сопряженного переноса теплоты и массы вещества внутри твердого тела и в пограничном слое обтекающего его теплоносителя заменяется решением краевой задачи взаимосвязанного переноса субстанции в материале, в которой влияние теплоносителя учитывается в граничных условиях величинами, определяемыми по законам тепло - и массоотдачи по выражениям [62,45,90,50]: 7Дг)=«юр;М-г(Д.О] (3.5).
Кроме того, в частном, но важном для практики случае, когда основной перенос массы осуществляется посредством массопроводности, а влияние эффектов термодиффузии и внутреннего испарения влаги несущественно, в уравнениях (3.9) и (ЗЛО) исчезают последние слагаемые правых частей. В результате система уравнений взаимосвязанного тепломассопереноса разделяется на две самостоятельные задачи переноса теплоты и массы, описываемые дифференциальными уравнениями параболического типа.
Наибольшее применение уравнения тепломассопереноса нашли в области моделирования процессов сушки, благодаря фундаментальным трудам проф. А.В. Лыкова [131].
Характер протекания процесса сушки в первом периоде определяется механизмом перемещения влаги с поверхности материала в окружающую среду через пограничный слой, расположенный у поверхности материала.
Необходимо отметить, что выражения (3.15)-(3.19) являются практически единственными для расчета кинетики сушки в первом периоде. Это объясняется сложностью процессов, протекающих на границе раздела фаз. Простота рассмотренньтх выражений является кажущейся, поскольку серьезные трудности вызывает определение коэффициентов переноса, несмотря на то, что накоплен значительный материал для определения данных параметров.
Дальнейшим развитием метода А.В. Лыкова является двухзональный метод [50,75], сущность которого состоит в том, что кривая скорости сушки заменяется ломаной линией. Таким образом, период падающей скорости сушки делится на две зоны, в каждой из которых скорость сушки уменьшается от влагосодержания по линейному закону. Переход от первой зоны ко второй происходит при достижении второй критической точки.
Это позволяет рассматривать весь процесс сушки, включая период прогрева, а также первый и второй периоды, на основе единого кинетического уравнения, при этом отпадает необходимость в определении критического влагосодержания материала и одновременно становится возможным определение конечного равновесного влагосодержания на основе кривых кинетики сушки без постановки опытов по снятию изотерм сорбции-десорбции.
Рассмотренные выше кинетические уравнения позволяют рассчитать влагосодержание материала для любого момента сушки. Однако для технологии процесса чрезвычайно важно знание температуры тела, поскольку качество материалов, особенно термочувствительных, зависит от температуры и длительности ее воздействия [86].
Температура материала является функцией многих переменных и зависит в общем случае от соотношения потока тепла из среды к телу, от переноса тепла внутри него и от интенсивности испарения влаги.
Исследование процесса сушки картона
Из рисунка видно, что кривые имеют обычный вид и делятся на два периода - постоянной и падающей скорости сушки. Периода прогрева материала не обнаружено. Кривые сушки картона. Влияние температуры ПСИЗТ. 1 - Т=323 К, 2 - Т=343 К, 3 - Т=363 К, 4 - Т=393 К, 5 - Т=413 К о - экспериментальные данные, — - расчетные данные Далее были построены кривые интенсивности сушки картона методом графического дифференцирования кривых по предыдущему рис.4.5. Графики показывают, что увеличение температуры ПСИЗТ от 323 К до 413 К приводит к возрастанию интенсивности сушки в первом периоде в 3,8 раза.
Общее представление о характере переноса влаги по толщине высушиваемого материала и закономерности изменения температуры материала в процессе сушки дает рис.4.7, где приведены характерные кинетические кривые сушки картона совместно с температурными кривыми для одного из опытов.
Из совместного рассмотрения кривых видно, что в первом периоде температура внутренних слоев картона держится постоянной и приблизительно равна температуре мокрого термометра, градиент температуры по толщине картона отсутствует. Начиная с первой критической точки, температура образца резко повышается, причем между центральными и поверхностными слоями отмечается заметный перепад температур. Очевидно, что в первом периоде сушки передача тепла осуществляется по закону Ньютона. Интенсивность сушки в значительной степени определяется полнотой внешнего массообмена.
Например, при сушке картона повышение температуры от 323 К до 368 К сокращает время сушки от 318 до 130 секунд, а в интервале 368 К до 413 К всего в 1,5 раза —от 130 до 84 секунд. В то же время повышение температуры от 393 К до 413 К сокращается продолжительность сушки всего на 15%. Таким образом, с точки зрения сохранения технологических свойств высушиваемого материала, сокращение расхода тепла интервал температур 393 К до 413 К является оптимальным.
Скорость газового потока, определяя гидродинамическую обстановку вблизи поверхности высушиваемого материала, оказывает значительное влияние на показатели сушки картона в целом. На рис 4.10. представлена зависимость интенсивности сушки в первом периоде от линейной скорости воздуха при различных температурах кипящего слоя и в его отсутствии (кривая 5). Из рисунка видно, что ход кривых 1-4 при различных температурах одинаков.
Интенсивность сушки.в среде твердого ПСИЗТ при одних и тех же режимах сушки (ш=0,85м/с и Т=393К) более чем в шесть раз превосходит интенсивность сушки картона в среде потока горячего воздуха,
Из хода кривых 1 -4 видно, что увеличение линейной скорости воздуха вызывает повышение интенсивности сушки лишь до определенного предела: при ф=0.5 -0.35 мм он наступает при скорости воздуха =0,85м/с. Дальнейшее увеличение скорости воздуха не приводит к наращиванию интенсивности сушки. Аналогичная закономерность сохраняется и для других фракций ПСИЗТ с той лишь разницей, что для более крупных частиц максимальные значения интенсивности сушки в первом периоде сдвинуты в область больших скоростей воздуха.
С увеличением скорости газового потока коэффициент теплоотдачи резко возрастает, достигает максимального значения и при дальнейшем увеличением скорости газа уменьшается. Наличие максимальных значений коэффициента теплоотдачи, возможно, обусловлено наложением двух основных факторов - пульсационными скоростями твердых частиц и концентрацией твердой фазы во взвешенном слое, которые на величину коэффициента теплоотдачи оказывают взаимно противоположное действие.
При расчете процесса сушки должны быть учтены как условия тепловлагообмена между окружающей средой и поверхностью материала, так и явления распространения тепла и влаги внутри последнего.
