SZÁRÍTÁS Szárításon azt a műveletet értjük, mely során valamilyen nedves szilárd anyag nedvességtartalmát csökkentjük, vagy eltávolítjuk elpárologtatás vagy kigőzölögtetés által. Esetünkben a szárítandó anyag szemcsés (darabos), a nedvesség legtöbbször víz. (de: oldószer elpárologtatás inert gázba, elpárologtatás vákuumba )
I. A nedves (szárítandó) anyag: Az anyagok nedvességtartalma megadható nedves (1), vagy száraz (2) anyagra vonatkoztatva: (1) A nedves anyagra vonatkoztatott nedvességtartalom (W):
W=
mn msz + mn
⎡ kg ⎤ ⎢ kg ⎥ ⎣ ⎦
A szárítás hőközléssel egybekötött anyagátadási feladat. mn : a nedvesség tömege [kg] Hőközlésre legtöbbször meleg levegőt használunk, viszonylag nagy sebességgel áramoltatjuk, és gondoskodunk a szárítandó közeggel való bensőséges érintkeztetéséről.
(2) A száraz anyagra vonatkoztatott nedvességtartalom (w) :
w=
msz : a (nedvességet nem tartalmazó!)száraz anyag tömege [kg] A gyakorlatban célszerűbb a nedves anyagra vonatkoztatott „W” használata. ( értéke 0…1 közötti, és „ % „- ban is megadható )
A száradó, nedvességet tartalmazó szilárd anyag
mn msz
m& szilárd _ nedves
Szárítási feladatokban azonban célszerűbb a száraz anyagra vonatkoztatott „w” használata, mert a szárítás során a száraz anyag tömege ( a vonatkoztatási alap) „msz” nem változik !
Kapcsolat a két nedvesség-megadási lehetőség között:
w=
mn W = msz 1 − W
m& szilárd _ száraz A szárítás során nem változik!
Kapcsolat a paraméterek között:
w=
m& nedvesség m& száraz _ szilárd
m& szilárd _ nedves = m& szilárd _ száraz + m& nedvesség m& szilárd _ nedves − m& szilárd _ száraz w= m& száraz _ szilárd
+ m& nedvesség
w=
m& szilárd _ nedves − m& szilárd _ száraz m& száraz _ szilárd
Az összefüggést átrendezve:
m& szilárd _ nedves = m& szilárd _ száraz (1 + w)
1
Szorpciós egyensúlyi izotermák, φ ~ w diagram: Szorpciós egyensúlyi izotermák, φ ~ w diagram: Esetünkben a nedvesség víz, a kipárolgás vízgőz, => a szárítás a deszorpció speciális esete:
ϕ= φ:
ϕ=
pg
p gt 1
p gt
A levegővel érintkező nedves szilárd anyag nedvességtartalma
a nedves anyaggal érintkező levegő relatív telítettsége, relatív páratartalma
pg :
w=
a levegő aktuális (mért) parciális gőznyomása
mn msz
Ez a nedves szilárd anyag, és a ( nevességet tartalmazó => nedves )
pgt : a levegő telítettségéhez tartozó gőznyomás
levegő egyensúlyi összefüggése
A nedvesség szabatos elnevezései:
Szorpciós egyensúlyi izotermák, φ ~ w diagram: A hőmérséklet változásának hatása az egyensúlyra
ϕ=
A nedves, szilárd anyaggal érintkező levegő relatív nedvességtartalma
pg
Higroszkópos pont:a gőztérből maximálisan felvehető nedvesség
pg p gt 1
t2= áll.
„csuromvizesség”
t1= áll Szárítással eltávolítható
m w= n msz A szorpciós izotermák felvétele kísérletileg (adszorpciós,vagy deszorpciós úton)
w
A szárítás az egyensúlyi izotermán:
Szárítási görbe :
Egyensúly: a szilárd anyagban levő víz gőznyomása egyenlő a levegőben levő vízgőz parciális nyomásával
Méréssel meghatározható:
W [%] A szilárd anyag kezdeti nedvességtartalma
τ (szárítási idő)
φ1 A levegő kezdeti nedvességtartalma
w w1
2
A kísérletekből a száradás időgörbéje és ebből a száradás sebességgörbéje meghatározható!
w
A kísérletekből a száradás időgörbéje és ebből a száradás sebességgörbéje meghatározható! A száradás sebességgöbéje: (Párolgási intenzitás: I ) w I A száradás időgöbéje:
A száradás időgöbéje: „kiegyenlítődési” szakasz (rövid időtartam) „egyenletes” száradás
A száradás egyre „lassuló”
II. A szárító közeg ( a nedves levegő ):
Technológiai szempontból legfontosabb a száradás sebességének ismerete I
„kiegyenlítődési szakasz(rövid)”
A felületen
száraz foltok => A párlogtató felület csökken
összefüggő
di ffú zi
ó
vízhártya van => A párolgásnak nincs akadálya
x: az abszolút nedvességtartalom a száraz levegő tömegegységében levő gőz mennyiségét jelenti;
x= Sebességmeghatározó: anyagtranszport a szilárd anyag belselyéből a felületre
mg
mg : a nedves levegőben levő gőz tömege [kg]
mszl
mszl : a száraz levegő tömege [kg]
Kapcsolat a szárító levegő nedves és száraz tömegárama között ( a szárítás során a szárító levegő („abszolút ”) száraz részének tömegárama változatlan! )
m& nedves _ levegő m& száraz _ levegő
+
x=
?
m& száraz _ levegő
m& nedves _ levegő = m& száraz _ levegő + m& nedvesség
m& nedvesség
m& száraz _ levegő = m& nedves _ levegő − m& nedvesség
x= Kérdés lehet pl:
m& nedvesség
m& nedvesség m& nedves _ levegő − m& nedvesség
3
x=
m& nedvesség m& nedves _ levegő − m& nedvesség
Mérhető: φ, t, —> (h-x) diagramból
Mérhető:
V&
m& száraz _ levegő = m& nedves _ levegő − m& nedvesség
m& száraz _ levegő m& nedves _ levegő m& nedvesség = − m& száraz _ levegő m& száraz _ levegő m& száraz _ levegő
,ρ
1
m& nedvesség
Számítható:
m& nedves _ levegő = m& száraz _ levegő .(1 + x )
m& száraz _ levegő = m& nedves _ levegő − m& nedvesség
A szárító levegő állapotváltozása a szárítás során: (mesterséges szárítás)
h
h=
t BE
x
A szárító levegő állapotváltozása a szárítás során: (mesterséges, konvektív szárítás)
φ körny
h álla n
elépő
dó
t szárítóba b φ=1
t KI A szárító közeg nedvességtartalma (a szárítandó közeg rovására) növekedik.
φ=1
t KÖR .
x
xBE ∆x xKI
A levegő felmelegítése
xKÖRNYEZETI = állandó
x
Konvektív szárító működése, mérlegegyenletei: t0 x0 h0
Q& HŐ
m& l
tbsz wb m & sz
m& l
tb xb hb
tk x h k k tksz wk
m& sz
m& l : a levegő száraz részének tömegárama (változatlan) m& sz : a szilárd (szárítandó) anyag száraz részének tömegárama (változatlan)
t0 x0 h0
Q& HŐ
m& l
tbsz wb m & sz
m& l
tb xb hb
tk x h k k tksz wk
m& sz
Teljes anyagáramok ( a szárítás tetszőleges helyén):
m& lev _ összes = m& l (1 + x ) m& szilárd = m& sz (1 + w)
4
t0 x0 h0
Q& HŐ
m& l
tbsz wb m & sz
m& l
tb xb hb
t0 x0 h0
Q& HŐ
m& l
m& sz
tb
m& n = m& sz (wb − wk )
„0”
A levegő által felvett nedvesség:
„k” h ~á
tk h0
m& sz φ=1
llan dó
x xk
x0= xb
Q& HŐ
tbsz wb m & sz
m& l
tb xb hb
tk xk hk tksz wk
h
m& sz
A konvektív szárító hőmérlege: (közelítés; veszteségmentes eset, a szilárd anyag energiaáram különbségét elhanyagoljuk.)
∆h Q& HŐ ≅ m& l (hk − hb ) = m& n ∆x
∆h ∆x
tksz wk
szá rítá s
t0
m& n = m& l ( xk − xb )
Q& HŐ
tk xk hk
„b”
A száradó szilárd anyag leadott nedvessége:
m& l
m& l
tb xb hb
tk xk hk tksz wk
t0 x0 h0
tbsz wb m & sz
∆h ≅ m& l (hk − hb ) = m& n ∆x
hk
h
ilé pő
φ=1
be lép ő
x
Táblázat kell
:A szárítás fajlagos hőigénye [kJ (szükséges hő)/kg ( víz elpárologtatásához)],
Minimuma a víz párolgáshője: ~ 2500 kJ/Kg
5
szárítás füstgáz-levegő keverékkel többfokozatú szárítás t füstgáz
tM t0
x0
xM
x xfüstgáz
A keverés mérlegegyenlete:
m0( sz ) .x0 + m fg .x fg = M .xM M = m0 + m fg
Szakaszos üzemű, hőáramlásos rendszerű
Átáramlásos szárító
•Energia megtakarítás •Kíméletes szárítás
„cserény”
Folyamatos, atmoszferikus szárító
6
Ellenáramú, direkt fűtésű forgódobos szárító:
Fluidizációs szárítók: Az „árnyékolt” felfekvési felület csökken!
7
8
