CC BY
13
Опыт использования влагомера в исследованиях кинетики сушки
жидкого лигносульфоната
А.Н. Пахомов, С.В. Васенина, И.А. Бирюкова, Е.Ю. Комбарова,
И.Г. Позднышева
Тамбовский государственный технический университет, Тамбов
Аннотация: В статье рассмотрены основные проблемы получения экспериментальных данных по сушке жидких дисперсных продуктов. Показаны основные сложности применения влагомера к получению кинетических кривых сушки трудносохнущих жидких материалов. На примере лигносульфоната получены кривые сушки проб жидкого продукта в различных условиях. Показано, что применение предлагаемой методики проведения эксперимента на влагомере, не приводит к досрочному завершению операции анализа процесса сушки.
Ключевые слова: кинетика, влагомер, сушка, влага, растворитель, испарение, лигносульфонат.
Получение экспериментальных данных по сушке жидких дисперсных продуктов, как правило, связано с рядом трудностей, которые обусловлены широким диапазоном теплофизических свойств высушиваемого продукта, способов теплоподвода и режимов сушки [1, 2]. Особый интерес вызывает необходимость получения кривых убыли веса и термограмм при сушке жидких дисперсных продуктов с использованием стандартных методик и приборов [3]. В частности, применение анализатора влажности обусловлено необходимостью быстрого и надёжного (в промышленных условиях) определения содержания влаги в жидких материалах, тестообразных и твёрдых веществах методом термогравиметрии [4, 5].
Однако применение влагомеров в исследованиях кинетики сушки, сопряжено, как правило, с определенными проблемами, которые, в стандартных условиях, не позволяют получить адекватные экспериментальные данные [6, 7]. Одной из проблем определения влажности материалов во влагомерах является присутствие в составе анализируемого продукта определенных летучих компонентов, которые выделяются при нагревании пробы, приводя к уменьшению его веса [8]. В случае применения
влагомера для получения кинетических кривых сушки высоковязких продуктов, которые очень медленно теряют свою влагу (например, жидкий лигносульфонат [9]), при анализе проб или при работе с холодными пробами, использование влагомера в автоматическом режиме, приводит к досрочному завершению операции сушки, т.к. прибор в стандартных условиях не обнаруживает какого-либо развития процесса [10]. В этом случае приходится прибегать к определенным искусственным способам работы с прибором [11].
Для проведения исследований кинетики сушки жидкого лигносульфоната (марки НФМ Экстра мА) нами использовался влагоанализатор (влагомер) термогравиметрический инфракрасный [7].
Было предложено выделить следующие этапы исследования:
1) Сушка исходного продукта массой 0,73 г в течение 15 минут;
2) Сушка исходного продукта массой 0,765 г в течение 30 минут;
3) Сушка исходного продукта массой 1,023 г до полного испарения влаги.
Эксперимент по сушке жидкого лигносульфоната проводился при температуре 100°С с массовой долей сухого вещества 60,5%. Влагомер выводили на режимы сушки в течение 15 минут, 30 минут и до полного испарения влаги из материала. Замеры процентного содержания влаги, уходящей из материала, проводились с интервалом в одну минуту.
Для того чтобы исключить досрочное завершение операции анализа процесса сушки, связанного с тем, что прибор в стандартных условиях не обнаруживает какого-либо развития процесса в заданных условиях на заданном продукте, нами применялась следующая последовательность действий:
1. исходный продукт нагревался до температуры 20 оС
2. влагомер предварительно прогревался в течение 2 - 3 минут до запуска анализатора процесса сушки.
Результаты первого этапа эксперимента (сушка в течение 15 минут) приведены на рис. 1.
0,7 5 0,7 0,65 0,6 0,5В 0,5
О 200 400 600 800 1000
т,с
Рис. 1 Кривая сушки пробы жидкого лигносульфоната на первом этапе
После прогрева материала следует первый период сушки. В первом периоде сушки наблюдается испарение влаги с поверхности материала при постоянной скорости. Первый период продолжается с 60 с до 180 с. Масса исходного продукта при этом изменилась на 0,13 г, что составляет 17,86%.
Во втором периоде сушки наблюдается уменьшение скорости испарения влаги из материала. Второй период начинается со 180 с, при этом масса высушиваемого материала составляет 0,585 г. Так как сушка лигносульфоната проводилась в течение 15 минут, нельзя с точностью сказать, что продукт был полностью высушен. Однако конечные результаты эксперимента показывают, что изменения массы продукта практически не происходит, начиная с 780 с эксперимента. Масса исходного продукта с начала второго периода изменилась с 0,585 г до 0,522 г, что составляет 10,59%.
Результаты второго этапа эксперимента (сушка в течение 30 минут) приведены на рис. 2.
& г
0,7 5 0,7 0,65 -0,6 0,55
0,5 -1-1-1-1-1-1-1-1-1-1
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1300 2000
т, С
Рис. 2. Кривая сушки пробы жидкого лигносульфоната на втором
этапе
После прогрева материала следует первый период сушки, в котором происходит испарение влаги с поверхности материала при постоянной скорости. Первый период продолжается с 60 с до 300 с. Масса исходного продукта при этом изменилась на 0,11 г, что составляет 14,10%.
Во втором периоде сушки наблюдается уменьшение скорости испарения влаги из материала. Второй период начинается с 300 с, при этом масса высушиваемого материала составляет 0,657 г. Так как сушка лигносульфоната проводилась в течение 30 минут, также нельзя с точностью сказать, что продукт был полностью высушен. Однако конечные результаты эксперимента показывают, что изменения массы продукта практически не происходит с 1200 с эксперимента. Масса исходного продукта с начала второго периода изменилась с 0,657 г до 0,550 г г, что составляет 13,95%.
Результаты третьего этапа эксперимента (сушка до полного испарения влаги) приведены на рис. 3.
Я, г
1,05 1
0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6
Рис. 3. Кривая сушки пробы жидкого лигносульфоната на третьем
этапе
После прогрева материала следует первый период сушки, в котором происходит испарение влаги с поверхности материала при постоянной скорости сушки. Первый период продолжается в течение 480 с. Масса пробы исходного продукта при этом изменилась на 0,228 г, что составляет 23,56%.
Во втором периоде сушки наблюдается уменьшение скорости испарения влаги из материала. Второй период начинается с 540 с, при этом масса высушиваемого материала составляет 0,771 г. В данном эксперименте влага была полностью удалена из материала. Масса исходного продукта с начала второго периода изменилась с 0,771 г до 0,682 г, что составляет 9,77%.
Как показывают результаты проведенных исследований, применение предлагаемой последовательности действий перед проведением процесса сушки жидкого продукта на влагомере, не приводит к досрочному завершению операции анализа процесса сушки, связанного с тем, что прибор
в стандартных условиях не обнаруживает какого-либо развития процесса в заданных условиях на заданном продукте.
Литература
1. Пахомов, А.Н., Васенина С.В., Бирюкова И.А., Комбарова Е.Ю., Позднышева И.Г. Некоторые проблемы моделирования процессов сушки от органических растворителей // Инженерный вестник Дона, 2017, № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/4486
2. Пахомов, А.Н., Пахомова Ю.В. Сушка капель жидких дисперсных продуктов. - М.: Издательство «Перо», 2013. - 122с.
3. Гатапова, Н.Ц., Коновалов В.И., Шикунов А.Н., Пахомов А.Н., Козлов Д.В. Теплофизические и кинетические особенности сушки дисперсий и кристаллообразующих растворов //Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2003. Т. 9. № 2. С. 210-229.
4. Коновалов, В.И., Кудра Т., Пахомов А.Н., Орлов А.Ю. Современные аналитические подходы к энергосбережению, интегрированный подход. Пинч-анализ, луковичная модель //Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2008. Т. 14. № 3. С. 560-578.
5. Богомягких, В.А., Климович А.Л., Ляшенко А.С. К определению условного диаметра реальной частицы дискретного сыпучего тела // Инженерный вестник Дона, 2014, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2014/2468
6. Савушкин, А.В., Лекомцев П.Л., Дресвянникова Е.В., Ниязов А.М. Электроаэрозольное увлажнение воздуха. Особенности подбора параметров работы генератора / А.В. Савушкин, // Инженерный вестник Дона, 2012, № 2. URL:ivdon.ru/magazine/archive/n2y2012/857
7. Пахомов, А.Н., Васенина С.В., Бирюкова И.А., Комбарова Е.Ю., Позднышева И.Г. Некоторые кинетические особенности сушки жидких
дисперсных продуктов на твердых подложках // Международный научно-исследовательский журнал. 2017. № 11-4 (65). С. 63-66.
8. Pakhomov A.N., Banin R.Y., Chernikh E.A., Loviagina E.Y., Sorokina N.S. Method of determination of adhesion of the film dries distillery grains on the substrate // Applied and Fundamental Studies: Proceedings of the 5th International Academic Conference. - St. Louis, USA: Publishing House Science and Innovation Center, 2014. - pp. 71-72.
9. Pakhomova Yu.V., Mamedova M.A., Krivopalova D.A., Kochetov V.V. Product supply and monitoring of fluidized bed/ Yu.V. Pakhomova, // European Applied Sciences: challenges and solutions 2nd International Scientific Conference. Stuttgart, Germany, 2015. - pp. 121-122.
10. Pakhomova Yu.V., Sirotkin A., Skripnikova S., Zagrebnev R. Modeling the kinetics of drying of liquids on the substrate // Science and practice: a new level of integration in the modern world. Sheffield, UK, 2016. - pp. 168-169
11. Pakhomova Yu., Biryukova I., Vasenina S., Kombarova H., Pozdnisheva I. To calculate the shape of a drop lying on a horizontal surface / Science and practice: a new level of integration in the modern world. Sheffield, UK, 2016. -pp. 170-171.
References
1. Pahomov, A.N., Vasenina S.V., Birjukova I.A., Kombarova E.Ju., Pozdnysheva I.G. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2017, № 4(47), URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/4486
2. Pahomov, A.N., Pahomova Ju.V. Sushka kapel' zhidkikh dispersnykh produktov [Drying drops of liquid dispersed products]. M.: Izdatel'stvo «Pero», 2013. 122p.
3. Gatapova, N.C., Konovalov V.I., Shikunov A.N., Pahomov A.N., Kozlov D.V. Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. 2003. V. 9, №2. pp. 210 - 229.
4. Konovalov, V.I., Kudra T., Pahomov A.N., Orlov A.Ju. Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. 2008. V. 14, №3. pp.560 - 578.
5. Bogomyagkikh V.A., Klimovich A.L., Lyashenko A.S. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2014, №3, URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2014/2468
6. Savushkin A.V., Lekomtsev P.L., Dresvyannikova E.V., Niyazov A.M. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, № 2, URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2012/857
7. Pahomov, A.N., Vasenina S.V., Birjukova I.A., Kombarova E.Ju., Pozdnysheva I.G. Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. 2017. V. 14 (65). pp. 63-66.
8. Pakhomov A.N., Banin R.Y., Chernikh E.A., Loviagina E.Y., Sorokina N.S Applied and Fundamental Studies: Proceedings of the 5th International Academic Conference. St. Louis, USA: Publishing House Science and Innovation Center, 2014. pp. 71-72.
9. Pakhomova Yu.V., Mamedova M.A., Krivopalova D.A., Kochetov V.V. European Applied Sciences: challenges and solutions. 2nd International Scientific Conference. Stuttgart, Germany, 2015. pp. 121-122.
10. Pakhomova Yu.V., Sirotkin A., Skripnikova S., Zagrebnev R. Science and practice: a new level of integration in the modern world. Sheffield, UK, 2016. - pp. 168-169
11. Pakhomova Yu., Biryukova I., Vasenina S., Kombarova H., Pozdnisheva I.Science and practice: a new level of integration in the modern world. Sheffield, UK, 2016. - pp. 170-171.
