CC BY
32
Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраТни
(при високих температурах сушшня), то потрiбно визначати вщносний коефь
щент термодифузи вологи - д. Вказаних вище критерпв достатньо для розра-
хунку кшетики процесу сушiння тiла i його температури у перюд спадаючо!
швидкост сушiння. У перiод постшно! швидкост сушiння iнтенсивнiсть теп-
2 • 2 лообмiну - q (Дж/(м -с)) i вологообмiну - у (кг/(м -с)) визначаються за наведе-
ними вище формулами тепло - i масообмiну. При цьому мiж q та у юнуе
простий взаемозв'язок q = _у>0. Знаючи основнi параметри, якi характеризують
процес сушшня та його основш кшетичш характеристики процесу сушiння
вологого матерiалу, можна визначити тривалiсть сушiння i застосувати пот-
рiбний режим, щоб отримати найкращi результати.
Чинником, який сприяе поглибленню зони випаровування, е наявнiсть температурного градiента, пiд впливом якого волога перемiщуеться за напря-мом потоку тепла. Щоб зменшити пiдведення вологи до поверхнi у потрiбно зменшити коефiцiент вологопровiдностi ат i збiльшити величину дЛ/йи. Ко-ефiцiент термовологопровiдностi д iз зменшенням вологостi також змен-шуеться, тому в мiру сушiння потрiбно збшьшувати величину йХ/йП. Ця величина визначаеться з температурно! криво! t = ./(и), як тангенс кута tg у нахи-лу дотично! до вiсi вологостi (вологовмiсту), тобто tg у=&/йи.
Вибiр рацiонального режиму сушшня визначаеться такими вимогами:
• яшсть висушуваного матер1алу;
• збереження ф1зико-мехатчних властивостей деревини;
• мшмальна тривалшть процесу сушшня;
• мшмальна усадка;
• техтчна та технолопчна реал1защя режиму у сушильних камерах.
Лггература
1. Б1лей П.В. Теоретичш основи теплово! обробки 1 сушшня деревини (монограф1я). -Коломия: Вк. - 2005. - 364 с.
2. Серговский П.С., Расев А.И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. - М.: Лесн. пром-сть, 1987. - 360 с.
3. Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. - 472 с.
УДК 66.047 Проф. Я.М. Ханик, д-р техн. наук; acnip. Т.1. Римар;
О.М. Креховецький, канд. техн. наук - НУ "Львiвcькa nолiтехнiкa"
Г1ДРОДИНАМ1КА I К1НЕТИКА ПРОЦЕСУ СУШ1ННЯ ГЛИНИ
У Щ1ЛЬНОМУ ШАР1 П1Д ЧАС 1Ч-НАГР1ВАННЯ
Наведено результати дослщжень пдродинамши та кшетики комбшованого сушшня глини з використанням 1Ч-на^вання. Показано характер гiдродинамiчних за-лежностей, якi змiнюються зi змшою висоти шару глини. Вивчено кшетику процесу сушiння глини комбiнованим способом.
Prof. Ya.M. Hanyk; T.I. Rymar; O.M. Krehovets'kyj-NU "L'vivs'kaPolitekhnika"
Hydrodynamics and kinetics of process of drying of clay in a dense layer during the infrared heating
In work the results of researches of hydrodynamics and kinetics of the combined drying of clay are resulted with the use of the infra-red heating. Character of hydrodynamic
74
Збiрник науково-техшчних праць
Науковий вкник, 2006, вип. 16.5
dependences which change with the change of height of layer of clay is shown. Kinetics of process of drying of clay is trained by the combined method.
Шд час виготовлення ряду керамiчних B^o6iB виникае проблема яюс-ного та штенсивного сушшня сировини, зокрема, глини. Процес сушшня вщ-чутно впливае на економжу виробництва, оскшьки його здiйснення потребуе значних енергетичних затрат, як становлять 10-20 % вщ собiвартостi готових виробiв [1]. Одним i3 методiв одержання керамiчних виробiв е метод сухого пресування 'х i3 прес-порошку. Прес-порошок з вологiстю 5-8 % отримують шляхом сушiння шлiкеру вологiстю 50-60 % в баштовш розпилювальнiй су-шарцi. Отриманий прес-порошок на пресах пресують до утворення тонкос-тшних виробiв: личкувально'', фасадно'' плитки та плоско'' черепицi.
Тому, доцiльно дослщити процес сушiння подiбниx матерiалiв, вико-ристовуючи сучаснi методи зневоднення. Дослщження проводили i3 застосу-ванням комбшованого сушiння (конвективний метод з ГЧ-на^ванням та профiльтровуванням теплоносiя через шар матерiалу). Цей метод дае змогу отримати тепло безпосередньо у зош сушiння додатковим IЧ-нагрiванням, яке здшснюеться шляхом спалювання газу за допомогою пальникiв шфрачер-воного горiння, тобто повшстю використовували, як тепло, отримане у про-цесi спалювання газу, так i тепло IЧ-випромiнювання, яке рухаеться ^зь шар вологого матерiалу.
Проводили дослiдження гiдродинамiки як сухого, так i вологого мате-рiалу. Об'ектом дослiдження були цилiндричнi частинки глини розмiром
_3 _3
d х h = 6-10 х 5-10 м з початковою волопстю -18 %. У результат дослiджень гiдродинамiки шару сухо'' глини отримали параболiчну залежнiсть АР = f(a), показану на рис. 1, що свiдчить про вплив на гiдравлiчний опiр як в'язюсних, так i iнерцiйниx сил.
Результати дослщжень (рис. 1) показують, що гiдравлiчний опiр шару глини е малим у разi значно'' фжтивно'' швидкостi теплоносiя i майже не зале-жить вiд змши висоти шару дослiджуваного матерiалу. Так, за швидкост по-
_3
вiтря 1,2 м/с через шар матерiалу висотою Н = 20-10 м необхщно створити
_3
перепад тиску рiвний 390 Па, а для Н = 60-10 м _ 435 Па.
Рис. 1. Залежшсть гiдравлiчного опору сухого шару глини eid фжтивноХ швидкостiруху теплоноая:
1 _ 60-10 3 м;
2 _ 40-10 3 м;
3 _ 20-10 3 м
3. Технолопя та устаткування деревообробних шдприемств
75
Нацюнальний лкотехшчний yнiвeрситeт Украши
Рeзyльтaти дoслiджeнь гiдрoдинaмiки вoлoгoгo шaрy глини пoкaзy-ють, щo швидкiсть фiльтрyвaння e стaлoю, i He зaлeжить вщ змiни вoлoгoстi. Однoчaснe нeзнaчнe збiльшeння гiдрaвлiчнoгo oпoрy дo вeличини АРс = = lOO na пoяснюeться явищaми мзсiдaнням мaтeрiaлy y прoцeсi сyшiння. 3a-лeжнiсть гiдрaвлiчнoгo oпoрy вiд змiни швидкoстi рyxy TenroHo^ on^ сyeться рiвняннями [2]:
AP
= A + B-a; (1)
H-a
AP
H-a
= A
(2)
дe: AP- пeрeпaд тисюв, na; H- висoтa шaрy глини, м; a- фштивта швид-
4 2 5
кють рyxy тeплoнoсiя, м/с; А i В- кoeфiцieнти, А, H-c/м ; В, H-c /м .
Ha ootobí eкспeримeнтaльниx дaниx рoзрaxoвaнi кoeфiцieнти А i В, як вxoдять в нaвeдeнi рiвняння, щo дae змoгy прoгнoзyвaти гiдрoдинaмiкy прo-цeсy сyшiння y шшьгому шaрi мaтeрiaлy.
Прoвeдeнo ряд дoслiджeнь шoдo впливу змiни тeмпeрaтyри (рис. 2), швидтосл тeплoнoсiя (рис. 3) тa висoти шaрy мaтeрiaлy (рис. 4) Ha котику кoмбiнoвaнoгo сушшня з викoристaнням дoдaткoвoгo IЧ-нaгрiвaння тa ^o-фiльтрoвyвaнням тeплoнoсiя чeрeз шaр мaтeрiaлy.
Рис. 2. Юнетика суштня глины (цилтдричт частини розм^ром d х h = б-10~3 м х 5-10~3 м) за умов:
H = 3O-lO-3 м; AP = 98 na;
1 - SO oQ
2 - llO °С;
3 - l5O °С;
4 - l75°С
Як випливae з нaвeдeниx грaфiчниx зaлeжнoстeй, прoцeс сyшiння глини xaрaктeризyeться нaявнiстю пeршoгo тa другого yмoвниx пeрioдiв. Вщсут-нiсть терюду мexaнiчнoгo витiснeння i винeсeння вoлoги пoяснюeться сaмoю прирoдoю мaтeрiaлy, який e кaпiлярнo-пoристим кoлoïдним тiлoм, i xaрaктe-ризуеться нaявнiстю знaчнoï кiлькoстi oсмoтичнo i aдсoрбцiйнo зв,язaнoï вo-лoги. Тривaлiсть пeрioдy пoстiйнoï швид^с^ e знaчнo мeншoю, нiж тривa-лiсть дрyгoгo тершАу, нeзвaжaючи та тe, шo прaктичнo 7O % вoлoги випaрo-вyeться у пeршoмy пeрioдi. Тaкe явишe пoяснюeться тим, шo у пeрioдi пaдa-ючoï швидкoстi прoцeс лiмiтyeться мoлeкyлярнoю дифyзieю вoлoги iз внут-
7б
Збiрник наyково-тeхнiчних праць
рштх шарiв матерiалу до поверхт. Цей процес, як вщомо, описуеться законом Фiка [2]:
М = -В - ¥ * -т- —, (п
(3)
де: М — маса речовини, що переноситься, кг; ¥ — поверхня перенесения речо-вини шляхом молекулярно! дифузи, м ; т- час, с; (с/(п - градиент концентра-щй; В - коефщент молекулярно! дифузи, м /с.
Результати дослiджень впливу змiни температури на кiнетику процесу сушiния (рис. 2) показують, що збшьшення температури вiд 80°С до 175°С (у 2,18 разiв) приводить до зменшення часу сушiння вщ 4300 с до 2300 с (у 1,7 разiв). Вказане зростання швидкостi сушiння можна пояснити, виходячи iз залежиостi, що описуе штенсивтсть сушiння у перiод посййно! швидкост (формула Ньютона) [3]:
Чп = а (Хс - Хп), (4)
22 де: Чп — штенсивтсть теплообмшу, Вт/м ; ад - коефщент теплообмшу, Вт/м -°С;
Хсс - температура теплонося, °С; Xп - температура поверхт матерiалу, °С.
Рис. 3. Ктетика суштня глини (цилтдричт частини розмгром й х Н = 6-103 м х 5-10Т3 м) за умов. Н = 40-10-3 м; Т = 150 °С; 1 - 98 Па;
2 - 196 Па;
3 - 400 Па
Так, збшьшення температури теплоно^я приводить до збшьшення ру-шшно! сили теплообмiну (Хс - ХП) i, вiдповiдно, до зменшення тривалост процесу зневоднення.
У разi збiльшення перепаду тиску (рис. 3) вщ 96 Па до 400 Па (у
4,16 разiв) загальний час сушiния зменшуеться вiд 4250 с до 3300 с (у 1,3 ра_3 _3
зiв). 1з збiльшенням висоти шару матерiалу (рис. 4) вщ 20-10 м до 60-10 м (утрич^ тривалiсть сушшня збiльшуеться вiд 2500 с до 5000 с (удвiчi).
Враховуючи той факт, що достдауваний матерiал е капшярно-порис-тим колощним тiлом, коефщент молекулярно! дифузи е незначним. Варто зазначити також, що у другому перiодi пщведення тепла за рахунок конвективного теплообмiиу не е штенсивним, оскiльки поверхня частин висихае, i коефiцiент теплопровiдностi 11 зменшуеться, оскшьки термiчний опiр сухо! поверхт матерiалу зростае. Крiм цього, рушiйна сила передачi тепла вiд теп-
3. Технолог1я та устаткування деревообробних шдприемств
77
Нацшнальний лкотехшчний ун1верситет УкраУни
лонос1я до поверхш зменшуеться, оск1льки температура поверхш частин зростае, а р1зниця температур на поверхш зменшуеться.
Рис. 4. Шнетика суштня глини (цилтдричм частини po3MipoM d х h = 6-103 м х 5-103м) за умов:
Т = 150 °С; АР = 98 Па;
1 - 20-10"3 м;
2 -30-10"3 м;
3 - 40-10-3 м;
4 - 50-10-3 м;
5 - 60-10-3 м
У промисловост процес сушшня керамiчних мас тривае до досягнен-ня матерiалом вологостi 6 %, згiдно з технолопчними вимогами, за наявностi першого та другого перiодiв. У разi сушiння комбiнованим методом необхщ-на волопсть досягаеться матерiалом уже у першому перюд^ який завер-шуеться за вологостi матерiалу ~4 %. Таким чином уникаемо необхщност сушшня у другому перюд^ де швидюсть сушiння лiмiтуеться швидкiстю моле-кулярно! дифузи, яка е незначною для капiлярно-пористих матерiалiв.
Отриманi результати дають змогу зробити висновок, що комбiнований процес сушiння капiлярно-пористих коло!дних матерiалiв конвективним методом з одночасним 1Ч-на^ванням та профiльтровуванням теплоноЫя через шар матерiалу мае ютотш переваги як з точки зору економи енергозатрат, так i з точки зору штенсивност сушiння порiвняно з iснуючими методами.
Лiтература
1. Роговой М.И. Теплотехническое оборудование керамических заводов. - М.: Стройиздат, 1983. - 367 с.
2. Касаткин А.Г. Процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия. 1973.
3. Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. - 472 с.
УДК 658.527.011.56 Асист Н. О. Думанський - НУ "ЛьbeiecbKa полШехтка ";
доц. О.1. Думанський, канд. фiз.-мат наук - НЛТУ Украгни
МЕТОДИ ПОШУКУ ЕФЕКТИВНОГО РОЗВ'ЯЗКУ ЗАДАЧ1 АВТОМАТИЗОВАНИХ Л1Н1Й З ВИМУШЕНИМ СДИНИМ
РИТМОМ РОБОТИ
Проведено анал1з наявних метод1в обчислення коефщ1ента накладання втрат, який залежить вщ кшькосп обладнання та коефщ1ента стабшьносп його роботи. Та-кож запропоновано новий метод дослщження - апроксимащя табличних даних.
78
Збiриик науково-те\н!чни\ праць
