К ВОПРОСУ МОДЕЛИРОВАНИЯ СУШКИ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ НА ТВЕРДЫХ ПОДЛОЖКАХ Пахомов А.Н.,Банин Р.Ю.,Черных Е.А.,Ловягина Е.Ю.

Тамбовский государственный технический университет


Номер: 3-1
Год: 2015
Страницы: 62-64
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

моделирование, температура, влажность, сушка, подложка, modeling, temperature, humidity, drying, substrate

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Статья посвящена исследованию задач моделирования температурной и влажностной кинетики, усадки и тепло-диффузионного взаимодействия между высушиваемым материалом и подложкой.

Текст научной статьи

Сушка дисперсных материалов (суспензий, паст, эмульсий и растворов) на различных типах твердых подложек один из самых распространенных промышленных процессов в области обезвоживания и термообработки. Это, например: сушка с грануляцией химических и биологических продуктов (влажный слой удерживаемый на поверхности растущей гранулы или ядре кристалла); сушка на инерте; сушка лаков, красок, пигментов и клеев; сушка в тонком слое на ленточных носителях или нагревательных барабанах; сушка защитных, адгезионных и декоративных покрытий, пленок, бумаг, фольги, искуственных продуктов и полупродуктов; производство различных тонкослойных продуктов (фото-пленок, магнитных и иных носителей информации, люминофоры, лейкопластырь, клеенка и .т.д) [1, 967; 2, 211]. На практике для таких сушилок и термокамер при инженерном проектировании выполняются только балансные расчеты. Режим и время обработки подбираются экспериментальным путем. Иногда удается использовать простейшие аппроксимации для скорости сушки. Более полные расчеты выполняются только в научных работах. Таким образом, в лучшем случае при проектировании рассматривается только кинетика убыли влаги. Для исследования были выбраны составы, охватывающие широкий диапазон физико-химических свойств и представляющие как реальные промышленные дисперсии, так и моделирующие их индивидуальные составы, а также растворы органических и неорганических веществ: промышленные дисперсии: - мясо-костная жидкость, 12-8% мас. (технологический шлам мясокомбинатов; легкотекучая жидкость, от серого до темно-серого цвета; содержит около 30% жиров и 20-30% протеинов); - кукурузная жидкость, 52-48% мас. (полупродукт переработки кукурузы; пастообразный материал желтого цвета; содержит 50-55% протеинов, 22-29% молочной кислоты, 4-12% редуцированных сахаров); модельные составы: - желатин в воде 10%; - крахмал в воде 50%; растворы: - насыщенный водный раствор поваренной соли 26% мас.; - водный раствор сахара, 50% мас. Наиболее характерными чертами кинетических кривых, которые определяют их модельное описание, являются: 1) наличие (отсутствие) выраженного 1-го периода сушки, включая участок постоянной скорости сушки N=const и зону постоянной температуры материала, близкой к температуре мокрого термометра; 2) наличие (отсутствие) температурных площадок при температуре близкой к температуре мокрого термометра и температуре кипения воды [3, 621]. Для математического моделирования были сделаны следующие предположения. Дифференциальные уравнения для явлений переноса сформулированы для "чистого" массопереноса и/или теплопроводности без взаимных влияний, с коэффициентом фазового превращения e 0 или 1, линеаризованные и записанные для многослойного материала включая дисперсию и подложку. Для математического описания использовались аналитические решения, полученные для 2-х слойной пластины и для 2-х слойного шара. В этих полученных уравнениях определяющим параметром является потенциал переноса, такой как температура или концентрация. В последнем случае, параметры, относящиеся к массопереносу, должны заменить тепловые параметры, например, коэффициент диффузии должен быть использован вместо коэффициента теплопроводности и температуропроводности [4, 339]. Для решения взаимосвязанных задач используются аппроксимации, позволяющие выделить два или один период сушки, с одной, двумя или без температурных площадок. Тепло-диффузионное взаимодействие учитывается полуэмпирическими температурно-влажностными зависимостями гиперболического или “двухдугового” типа. Для задач внешнего переноса применяются граничные условия 3-го рода тепловые- эквивалентные, учитывающие сток тепла на испарение, и диффузионные. Толщина слоя при усадке или набухании оценивается по концентрации компонентов при допущении аддитивности плотностей компонентов и смеси. Для расчета и моделирования используются аналитические решения задач при интервальном подходе. На каждом интервале начальные распределения температуры и влагосодержания определяются функционально, как конечные распределения для предыдущего интервала. В первом периоде сушки коэффициенты теплоотдачи принимаются равными aиспар. и массоотдачи b испар. и определяются из соответствующих критериальных уравнений. При необходимости (особенно для органических растворителей) учитывается кинетический (не чисто термодинамический) характер переноса. Концентрация пара на поверхности при наличии температурной площадки соответствует насыщению и рассчитывается по уравнению Антуана. Для растворов учитывается температурная депрессия. Первый период заканчивается при достижении критического влагосодержания [5, 292]. Во втором периоде сушки моделирование процесса усложняется из-за принципиальных трудностей с описанием внешней массоотдачи: концентрация на границе фаз в динамике для рассматриваемых систем не соответствует статическому равновесию. Также не удается получить обычные статические изотермы сорбции-десорбции. Даже предельное конечное влагосодержание при сушке не соответствует идеально равновесному из-за длительной релаксации диффузии или деструкции продукта при досушке. Поэтому приходится оценивать “эффективное” или “квазиравновесное” значение. Неизвестно также фактическое давление пара над поверхностью материала. Наиболее надежным подходом для 2-го периода, который представляет реальные физические явления и может использоваться для расчета теплоподвода, является аппроксимация a(u) гиперболической или двухдуговой зависимостью в пределах от aсух до aиспар. Для расчета массоотдачи вводится условный коэффициент b*, отнесенный к разности текущей и квазиравновесной концентрации жидкости на поверхности тела. При этом условный коэффициент b* рассчитывается на каждом интервале итерациями, чтобы обеспечить, при известном теплоподводе, концентрацию влаги на поверхности в соответствии с принятой температурно-влажностной зависимостью. Второй период может также включать вторую температурную площадку, заканчивающуюся при Uкрит. кип. В подложке рассчитывается чистая теплопроводность и если подложка диффузионно-проницаемая, то чистая диффузия [5, 296]. Представленный подход к моделированию может использоваться для моделирования сушки и термообработки дисперсных систем как для лабораторных, так и для производственных условий.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.