Vitezele de uscare sunt controlate de viteza cu care se aplică căldură produsului, viteza cu care umezeala internă a produsului este eliberată de pe suprafața sa și viteza cu care aerul umed este eliminat din zona care înconjoară produsul.

uscare

Termeni asociați:

  • Temperatura aerului
  • Uscare prin pulverizare
  • Viscozitate
  • Evaporare
  • Proteină
  • Diafiltrare
  • Proces de uscare

Descărcați în format PDF

Despre această pagină

Operațiuni de unitate

Timp de uscare

Timpul necesar pentru a obține starea de uscare dorită poate fi găsit prin integrarea expresiilor pentru viteza de uscare în raport cu timpul. În condiții de uscare constantă și în timpul ratei de uscare constantă, de la ec. (11.158):

Deoarece Nc și Ms sunt constante în timpul uscării cu rată constantă, singurele variabile din ecuație. (11.166) sunt X și t. Separarea variabilelor și integrarea oferă:

Ecuația (11.168) este utilizată pentru a estima Δt, timpul necesar uscării solidelor de la un conținut inițial de umiditate de X0 până la un conținut de umiditate final de X1 când viteza de uscare este constantă. Din definiția ratei de uscare din ecuație. (11.158), X0 și X1 sunt conținuturi de umiditate exprimate pe bază de masă uscată folosind unități de, de exemplu, kg kg -1 de solid uscat.

În timpul perioadei de scădere a ratei de uscare, rata de uscare N nu mai este constantă. Ecuațiile pentru timpul de uscare în această perioadă pot fi dezvoltate în funcție de relația dintre N și X și de proprietățile solidului. Modelele cinetice pentru prezicerea curbei ratei de uscare, inclusiv în timpul perioadei de rată de scădere, când mecanismele interne de transfer de căldură și masă sunt limitate, sunt descrise în altă parte [43] .

Timp de uscare în timpul uscării cu viteză constantă

Enzima precipitată este filtrată și solidele filtrante spălate și uscate înainte de ambalare. Turta de filtru spălată conținând 10 kg de solide uscate și 15% apă măsurată pe bază umedă este uscată într-un uscător de tavă în condiții de uscare constantă. Conținutul critic de umiditate este de 6%, pe bază uscată. Suprafața disponibilă pentru uscare este de 1,2 m 2. Temperatura aerului în uscător este de 35 ° C. La umiditatea aerului utilizată, temperatura suprafeței solidelor umede este de 28 ° C. Coeficientul de transfer de căldură este de 25 J m −2 s −1 ° C −1. Ce timp de uscare este necesar pentru a reduce conținutul de umiditate la 8%, pe bază umedă?

Soluţie

Conținutul de umiditate inițial și final exprimat pe bază umedă trebuie convertit în bază uscată:

Deoarece X1 este mai mare decât conținutul critic de umiditate Xc = 0,06, întreaga operație de uscare are loc cu o rată de uscare constantă. Ecuația (11.165) este utilizată pentru a determina valoarea lui Nc. Din tabelul D.1 din apendicele D, căldura latentă de vaporizare Δhv pentru apă la 28 ° C, temperatura de suprafață a solidelor în care are loc evaporarea, este de 2435,4 kJ kg −1. Prin urmare:

Aplicarea ecuației (11.168) pentru a calcula timpul de uscare:

Timpul necesar pentru uscare este de 2,9 ore.

Uscare

John R. Wagner Jr.,. Harold F. Giles Jr., în Extrusion (Ediția a doua), 2014

34.1 Definiții de uscare și factori care afectează uscarea

Uscarea are loc atunci când există o diferență de presiune a vaporilor între umiditatea peletei și aerul înconjurător. Umiditatea migrează către mediul cu cea mai mică presiune de vapori. Dacă aerul este mai uscat decât peletele, umezeala migrează din pelete în aer. Pe de altă parte, dacă umiditatea din aer este mai mare decât în ​​pelete, apa va migra către pelete. Procesul de eliminare a umezelii din interiorul peletelor este prin difuzie și necesită timp. Pe măsură ce umiditatea migrează de la suprafața peletei către aer (presupunem că aerul are un conținut mai mic de umiditate), umezeala din centrul peletei se difuzează către suprafața peletei, unde conținutul de umiditate este mai mic. Încălzirea peletelor crește difuzia umezelii prin pelete. Acest lucru mărește, de asemenea, migrația umidității de la suprafața peletei către aer.

Termenii utilizați pentru a descrie factorii de uscare sunt după cum urmează:

Procentul de greutate din umiditate din plastic

Umiditatea relativă este umiditatea reală a aerului în comparație cu aerul saturat cu apă la temperatura respectivă. Cu cât temperatura aerului este mai ridicată, cu atât aerul poate păstra mai multă umiditate. Aerul cald de vară poate deține mult mai multă umiditate decât aerul rece de iarnă. În mod similar, aerul fierbinte dintr-un cuptor de uscare poate menține mai multă umiditate la o temperatură mai ridicată. Dacă aerul fierbinte are o umiditate ridicată, materialele plastice pot absorbi cu ușurință umiditatea din aer, crescând conținutul lor de umiditate. Punctul de rouă al aerului determină umiditatea aerului. Punctul de rouă este temperatura la care umezeala se condensează din aer. Umiditatea mai mică din aer se corelează cu un punct de rouă mai scăzut. Un punct de rouă de -20 ° C înseamnă că aerul trebuie răcit la 20 ° C înainte ca umezeala să se condenseze din aer. Dacă punctul de rouă este de −4 ° F (-20 ° C), umiditatea relativă în aerul de 250 ° F (121 ° C) este foarte scăzută, ceea ce ajută la migrarea umezelii de la pelete la aer. Procentul în greutate de umiditate din plastic este dat de Eqn (34.1):

Cinci procente de umiditate înseamnă că fiecare 100 lb de rășină plastică cântărește de fapt 95 lb, deoarece conține 5 lb de apă.

Factorii care afectează rata de uscare sunt după cum urmează:

Temperatura aerului care înconjoară peletele - La temperaturi mai ridicate, aerul poate reține mai multă apă, iar rata de difuzie a peletelor este mai rapidă.

Punct de rouă a aerului - Punctul de rouă mai scăzut scade conținutul de umiditate al aerului și oferă o forță motrice mai mare pentru migrarea apei din peletă în aer. Combinarea temperaturii ridicate cu un punct de rouă scăzut generează un diferențial de presiune mai mare între umiditatea din plastic și aer.

Procentul de umiditate în greutate din plastic - Un conținut mai ridicat de umiditate necesită mai mult timp pentru a îndepărta sau reduce umiditatea la o concentrație acceptabilă.

Debitul de aer în jurul peletelor - Debitul de aer în jurul fiecărei pelete este esențial pentru a îndepărta aerul umed (aerul în care umezeala a migrat deja din peletă în aer) și înlocuiți-l cu aer uscat. Aerul uscat nou menține o diferență de presiune a vaporilor între aer și suprafața peletei. Debitul de aer necesar pentru o uscare adecvată depinde de capacitatea de căldură a plasticului și de temperatura de uscare a aerului. (Capacitatea de căldură este căldura necesară pentru a crește o masă specifică cu un grad.)

Tabelul 34.4. Unele condiții tipice de uscare a rășinii

Conținut de umiditate a rășinii,% temperatură de uscare, ° F (° C) Timp de uscare tipic, h ∗
ABS 0,05175 (79)2-3
Policarbonat0,02250 (121)4
Polibutilen tereftalat0,02275 (135)2–4
Polietilen tereftalat0,01300 (150)2–6
Sulfura de polifenilenă0,02300 (150)4
Acetal0,02210 (99)2
Stiren acrilonitril0,02190 (88)3

Un ghid general pentru debitul de aer al uscătorului este de 1,0 picior cub pe minut (cfm) de aer pe kilogram de plastic care este procesat pe oră.

Prelucrarea pulberilor și a echipamentelor de prelucrare

Viteza de uscare

În timpul perioadei de rată de uscare constantă, rata de uscare Rc este aparent egală cu rata de evaporare de la suprafața apei libere:

unde G este masa materialului uscat, kg; S este zona de uscare a materialului, m 2; w este conținutul de apă pe bază uscată (kg apă/kg material uscat); k este coeficientul de transfer al masei filmului, kg/(m 2 · h · ΔH); H este umiditatea (kg apă/kg aer uscat); Hm este umiditatea saturată la tm (kg apă/kg aer uscat); τ este timpul de uscare, h.

Când căldura este furnizată numai din aer fierbinte, temperatura materialului t m este egală cu temperatura bulbului umed al aerului tw. Apoi,

unde rw este căldura evaporării apei la doi (kJ/kg).

Rata de uscare descrescătoare Rd este puternic afectată de proprietățile materialului și de metoda de uscare. Această rată de uscare poate fi estimată [3] de

unde ρs este densitatea solidului (kg/m 3), δs este raza modificată a particulelor (m), c este căldura specifică a materialului (kJ/(kg · ° C)) și ts este temperatura particule.

Eqn (23) este o ecuație fundamentală a cineticii de uscare, dar, pentru a o utiliza, este necesar să se cunoască dependența conținutului de apă de timpul de uscare. Este posibil să se obțină această dependență prin soluția ecuațiilor diferențiale ale sistemului de transferuri de căldură și masă, ceea ce este o sarcină foarte dificilă. Răspunsurile aproximative la ecuație simplifică o problemă. Astfel, Lykov [4] propune o metodă diferită, înlocuind curba vitezei de uscare descrescătoare cu o linie dreaptă. Apoi perioada de rată de uscare descrescătoare poate fi descrisă ca

unde K este coeficientul de proporționalitate, numit coeficient de uscare.

Dacă partea care depinde de condiție este extrasă doar, coeficientul de uscare poate fi reprezentat de:

unde κ este coeficientul relativ de uscare.

Așa cum ar trebui să fie din Eqn (24), K este raportul pantei liniei drepte și se determină în felul următor:

Integrarea lui Eqn (24) oferă

Luarea logaritmului ultimei expresii dă ecuația aproximativă a curbei ratei de uscare

Cunoscând coeficientul de uscare, este posibil să se definească timpul de uscare descrescător, și astfel, pentru determinarea relativă a coeficientului de uscare în termeni practici, se folosește dependență simplă

Prelucrarea pulberilor și a echipamentelor de prelucrare

Viteza de uscare

În timpul perioadei de rată de uscare constantă, rata de uscare R este aparent egală cu rata de evaporare a suprafeței libere a apei:

unde G este masa materialului uscat, kg; S este zona de uscare a materialului, m 2; w este conținutul de apă pe bază uscată (kg apă/kg material uscat); k este coeficientul de transfer al masei filmului, kg/(m 2 ⋅h); H este conținutul de umiditate (kg apă/kg aer uscat); Hm este conținutul de umiditate al aerului saturat la t m (kg apă/kg aer uscat); și τ este timpul de uscare, h.

Când căldura este furnizată numai din aerul fierbinte, temperatura materialului t m este egală cu temperatura bulbului umed al aerului tw.

Rata de uscare descrescătoare Rd este puternic afectată de proprietățile materialului și de metoda de uscare. Această rată de uscare poate fi estimată [2] de

unde ρs este densitatea solidului (kg/m 3); δs este raza modificată a particulelor (m); c este căldura specifică a materialului (kJ/(kg⋅K)); și ts este temperatura particulelor.

Eq. (14.9) este o ecuație fundamentală a cineticii de uscare, dar, pentru ao utiliza, este necesar să se cunoască dependența conținutului de apă de timpul de uscare. Este posibil să se obțină această dependență printr-o soluție de ecuații diferențiale ale unui sistem de transferuri de căldură și masă, ceea ce este o sarcină foarte dificilă. Răspunsurile aproximative la ecuație simplifică o problemă. Astfel, Lykov [3] propune o metodă diferită, înlocuind curba vitezei de uscare descrescătoare cu o linie dreaptă, rezultă fluctuația conținutului de umiditate critic redus, wcr (punctul 'C' din diagramă (Fig. 14.10)). Apoi, perioada descrescătoare a ratei de uscare poate fi descrisă ca

unde K este coeficientul de proporționalitate, numit coeficient de uscare; greutatea este conținutul redus de umiditate.

Dacă partea dependentă de condiția de uscare este selectată doar, coeficientul de uscare poate fi reprezentat de:

unde κ este coeficientul relativ de uscare; Rc este rata de uscare în timpul perioadei de viteză constantă (perioada BC în Fig. 14.10).

Așa cum ar trebui să fie din ecuație. (14.10), K este raportul pantei liniei drepte, care se determină în felul următor:

Integrarea ecv. (14.10) dă

Luarea logaritmului ultimei expresii ne permite să obținem ecuația aproximativă a curbei ratei de uscare

Cunoscând coeficientul de uscare, este posibil să se definească timpul de uscare descrescător, astfel încât pentru determinarea relativă a coeficientului de uscare în termeni practici, se folosește dependență simplă

Revizuirea critică a tehnologiilor actuale de uscare a lignitului la scară industrială

3.4.2.2 Uscător cu pat fluidizat cu încălzitor scufundat

Chiar dacă FBD-urile asigură rate ridicate de transfer de căldură și masă, precum și o rată mare de uscare și, de asemenea, împiedică supraîncălzirea particulelor individuale de cărbune, este posibilă o creștere suplimentară a eficienței termice. În acest scop, a fost dezvoltat un nou tip de FBD, care scufundă schimbătoarele de căldură în patul de particule. Pe baza acestei modificări, procesul de uscare poate fi realizat atât prin mecanisme convective (debit de gaz), cât și prin conducție (încălzitoare imersate), permițând creșterea temperaturii și a capacității de vapori [11]. Trebuie remarcat faptul că coeficienții de transfer de căldură sunt puternic afectați de condițiile hidrodinamice locale, care diferă în funcție de poziția, geometria și proprietățile elementului intern, caracteristicile fluxului de gaz și forma patului [12]. .

Finisaje funcționale pentru îmbrăcăminte de înaltă performanță

6.2.2.2 Managementul umidității

Un material textil trebuie să aibă o hidrofilitate rezonabilă, o viteză mare de absorbție și o rată de uscare ridicată pentru a fi eficient în menținerea unui microclimat și a unui confort plăcut. Dacă hidrofilicitatea este prea mare, ca în cazul fibrelor naturale, viteza de uscare poate fi întârziată, deoarece apa este absorbită și reținută în interiorul fibrei pentru perioade mai lungi. Umezeala absorbită în articole de îmbrăcăminte reduce treptat izolația termică și provoacă efectul de răcire post-exercițiu dacă timpul de uscare nu este suficient de rapid. Într-adevăr, timpul scurt de uscare este una dintre principalele condiții prealabile pentru un confort bun la uzură pentru îmbrăcămintea sport. Prin urmare, ar trebui să se obțină un echilibru optim între proprietățile de hidrofilitate, absorbție și uscare rapidă.

Țesătura de lângă piele este cea mai importantă pentru menținerea confortului. Este, în mod normal, o țesătură moale, prietenoasă cu pielea, compusă din fibre hidrofile și/sau poroase și este concepută pentru a îndepărta sudoarea de pe corp, menținând un microclimat plăcut al pielii. Țesătura de lângă piele controlează temperatura și umiditatea microclimatului pielii. Cu activitate metabolică redusă, țesătura trebuie să reducă mișcarea aerului, deoarece microclimatul este menținut de aerul liniștit. Cu o activitate metabolică mai mare, căldura și umezeala trebuie transportate din țesătură pentru a răci pielea. Controlul umidității se realizează apoi prin absorbție, prin transport sau prin ventilație.

Absorbția reduce umiditatea pielii și păstrează confortul relativ în activități moderate cu transpirație limitată, în timp ce în cazul unor activități metabolice mai ridicate și transpirații intensive, umezeala reținută în îmbrăcăminte poate reduce izolația termică eficientă, ceea ce reduce confortul și provoacă efectul de postînfrigurare după încetare a activității. Prin urmare, în condiții de transpirație mai ridicată, trebuie aplicat principiul transportului, în care transpirația este transportată departe de piele prin absorbție și capilaritate, menținând astfel pielea uscată.

Fibrele sintetice sunt durabile, ușor de întreținut, dar sunt în mare parte hidrofobe. Utilizarea textilelor hidrofobe lângă piele crește rapid umiditatea odată cu transpirația; prin urmare, țesăturile hidrofobe trebuie să fie proiectate pentru a transporta apa departe rapid prin spații de capilaritate între fibre și fire. Cu toate acestea, fibrele hidrofile și/sau higroscopice absorb și transportă apa prin fibră în sine și prin capilaritate, facilitând astfel evaporarea. Cu toate acestea, fibrele foarte higroscopice pot duce, de asemenea, la un timp de uscare mai lung și la un confort mai mic în situații de transpirație ridicată. Acest mecanism se găsește în mod normal în fibrele naturale, cum ar fi lâna.

Bumbacul are proprietăți excelente pentru îmbrăcămintea purtată în condiții normale de uzură, implicând doar o cantitate limitată de transpirație. În această situație, bumbacul poate amortiza impulsurile mai mici de transpirație, menținând astfel microclimatul mai uscat și mai confortabil. Dar în domeniul textilelor sportive, care generează o cantitate mai mare de transpirație pentru perioade prelungite, bumbacul este recomandat numai pe partea exterioară a materialelor cu două fețe și în combinație cu o parte interioară sintetică către piele. Dacă se folosește bumbacul ca componentă unică sau principală a fibrei, materialul textil se îmbibă cu umezeală și se ude rapid, agățându-se de corp.

Proprietățile de gestionare a umidității sunt evaluate în mod normal prin absorbția apei, absorbția verticală, absorbția orizontală, permeabilitatea aerului, transmisia vaporilor de apă, rezistența termică și viteza de uscare. În afară de metodele de mai sus, sunt disponibile și teste termofiziologice și senzoriale pentru evaluarea confortului, cum ar fi utilizarea plăcii fierbinți încălzite, manechin termic, precum și teste pe oameni.

Gestionarea optimă a umidității poate fi realizată prin adăugarea de proprietăți hidrofile textilelor, viteză mare de absorbție și rate de uscare. Acest lucru poate fi obținut prin:

Modificări ale fibrelor: prin adăugarea de substanțe chimice hidrofile în timpul filării; prin utilizarea secțiunilor transversale speciale pentru a genera capilaritate și are ca rezultat o viteză mare de absorbție și o rată de uscare. Fibrele sintetice sunt preferate, deoarece fibrele naturale tind să fie higroscopice și au rate de uscare mai mari.

Modificări ale țesăturilor: prin tratarea țesăturilor cu balsamuri hidrofile, finisare sau acoperiri.

Design vestimentar: prin crearea multistratelor de țesături hidrofile și hidrofobe pentru a spori transportul și confortul umezelii.

Adaptive este un exemplu de finisare inteligentă a managementului umidității realizat din materiale de memorie a formei. Are vâscozitate newtoniană inversă, ceea ce înseamnă că la temperaturi mai scăzute vâscozitatea este redusă și absoarbe mai multă apă, menținând purtătorul uscat. În timp ce la temperaturi mai ridicate vâscozitatea crește, eliberând apa absorbită și răcind pielea purtătorului. C_change este un alt exemplu de finisare inteligentă a gestionării termice și a umidității, deoarece reacționează la schimbarea temperaturilor și activităților. La temperaturi ridicate sau în timpul activității aerobe, structura membranei c_change se deschide datorită nivelurilor mai ridicate de umiditate a corpului și se eliberează excesul de căldură. În perioadele inactive, structura membranei se condensează, reținând căldura direct pe corp.