Ćwiczenie nr 38

Suszenie podczerwienią

Barbara Patryarcha

WIPOŚ, VI sem

1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem suszenia nieadiabatycznego oraz doświadczalne wyznaczenie krzywej suszenia i krzywej zmian w czasie temperatury powierzchni materiału suszonego podczerwienią. W ćwiczeniu porównuje się także temperaturę materiału suszonego w pierwszym okresie z temperaturą obliczoną na podstawie teorii procesu.

2.Aparatura

Stanowisko pomiarowe składa się z suszarki 1 obudowanej płaszczem chłodzącym 2 zaopatrzonej w dwuskrzydłowe drzwi umożliwiające dostęp do jej wnętrza. W suficie suszarki jest umieszczonych sześć tzw. ciemnych promienników podczerwieni 3, każdy o mocy 800 W. Powietrze jest pobierane z otoczenia przez wentylator 4. Przepływa ono kanałem zaopatrzonym w zasuwę 5 umożliwiającą regulację natężenia przepływu i wpływa do komory suszarki. Z komory tej odpływa do komina poprzez kanał wylotowy 6. Materiał suszony 7 jest umieszczony na metalowej tacy spoczywającej na szalce 8 wagi 9. Woda chłodząca komorę suszarki dopływa do płaszcza chłodzącego poprzez zawór 10. Temperatura materiału jest mierzona w trzech punktach za pomocą zainstalowanych w nim termoelementów. Temperatura powietrza wlotowego i wylotowego jest również mierzona termoelementami. Przełącznik termoelementów 11 umożliwia wybranie termoelementu, którego odczyt odbywa się na miliwoltomierzu 12. Temperatura wody chłodzącej jest mierzona termometrem. Pomiar wilgotności powietrza dokonuje się wilgotnościomierzem zawieszonym w pracowni.

Schemat aparatury: 1 - komora suszarki, 2 - płaszcz chłodzący, 3 - promienniki podczerwieni, 4 - wentylator, 5 - zasuwa, 6 - wylot powietrza, 7 - materiał suszony, 8 - szalka wagi, 9 - waga, 10 - zawór wody chłodzącej, 11 - przełącznik termoelementów, 12 -miliwoltomierz

3.Opis doświadczenia

Na początku należy nawilżyć materiał na szalce 8 wodą destylowaną w ilości 661ml. Należy ustawić niewielki przepływ wody chłodzącej 10 i włączyć wentylator 4 i zmierzyć natężenie przepływu powietrza. Aparaturę wstępnie nagrzać przez włączenie promienników podczerwieni. Należy rozpocząć pomiar, gdy wskazówka wagi będzie wskazywała zero. Uruchomić również miliwoltomierz pomiaru temperatury przez przyłączenie go do sieci. Pomiar rozpoczyna się z chwilą zrównoważenia szalki wagi. Polega on na odczytywaniu w odstępstwach pięciominutowych ubytków masy wody za pomocą wagi oraz temperatury ciała suszonego za pośreictwem termoelementów. Po zakończeniu pomiarów wyłączyć wszystkie zawory i urządzenia z sieci.

4.Parametry powietrza

-Prędkość na wylocie u=5,02 [m/s]

-Temperatura powietrza na wlocie T_wlot=27,43 [°C]

-Temperatura powietrza na wylocie T_wylot=64,76 [°C]

-Temperatura powietrza wewnętrzna T_wewn=91,61 [°C]

-Gęstość przepływającego gazu ρ=0,972 [kg/m³]

-Lepkość dynamiczna gazu η=18,53·10^-6 [Pas]

-Ciepło właściwe gazu c_p=1013 [J/(kg/K)]

-Przewoość cieplna gazu λ=0,025656 [W/(mK)]

-Ciepło parowania wilgoci h_v0=2253040 [J/kg]

-Wymiary płyty: 600x195x20 [mm]

-Powierzchnia materiału suszonego: 0,117[m²]

-Wilgotność powietrza: 50%

5.Przykładowe obliczenia

5.1.Obliczenie początkowej wilgotności materiału X₀

gdzie: m_w – masa dodanej wody [kg]

m_M – masa suchego materiału [kg]

5.2.Obliczenie kolejnych wilgotności

gdzie: Δm_w – ubytek masy wilgoci od początku pomiaru [kg]

5.2.Określenie szybkości suszenia w_D

gdzie: ΔX_I – ubytek wilgotności w pierwszym okresie suszenia [kg/kg]

Δτ_I – odpowiadający mu czas suszenia [s]

A – powierzchnia materiału suszonego [m²]

A=a*b=600⋅195=0,117 [m²]

5.3.Obliczenie strumienia ciepła dostarczonego do ciała suszonego przez promieniowanie

5.4.Obliczenie współczynnika wnikania ciepła:

-korzystam z równań:

gdzie: c_p – ciepło właściwe gazu [J/(kgK)]

L – długość płyty [m]

u – prędkość gazu [m/s]

α - współczynnik wnikania ciepła [W/(m²K)]

λ - przewoość cieplna gazu [W/(mK)]

η - dynamiczna lepkość gazu [Pa s]

ρ - gęstość gazu [kg/m³]

-Obliczanie prędkości przepływu w komorze:

u₁ × p₁ = u₂ × p₂

$$P_{1} = \frac{\pi d^{2}}{4} = \frac{3,14 \times {(0,13)}^{2}}{4} = 0,0133m^{2}$$

$$u_{1} = 5,02\frac{m}{s}$$

p₂ = a × b

a = 0, 6m

b = 0, 62m

P₂ = 0, 6 × 0, 62 = 0, 372m²

$$u_{2} = \frac{P_{1} \times u_{1}}{P_{2}} = \frac{0,0133 \times 5,02}{0,372} = 0,179\frac{m}{s}$$

5.5.Obliczenie hipotetycznej wartości temperatury T_r

gdzie: Tg- śreia temperatura powietrza na wlocie do aparatu

Tg=27,44[°C]=300,59[K]

Wykresy