21

Міністерство освіти і науки україни донецький національний технічний університет

Кафедра „Хімічна технологія палива”

„ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПОТОК СУШІННЯ ЦИКЛОТРИМЕТИЛЕНТРИНІТРАМІНУ”

1 Фізико-хімічні основи процесу сушіння

Сушка - процес видалення вологи з твердого матеріалу шляхом її випаровування і відведення пари, що утворилася.

Обезводнення матеріалів здійснюється звичайно з метою підвищення якості цільового продукту, попередження злежується, здешевлення транспортування, зменшення корозії апаратури і трубопроводів, підвищення теплотворної здатності (для палив).

Унаслідок великих величин теплот паротворення рідин сушка, як і випаровування, є порівняно дорогим технологічним процесом. З цією метою перед сушкою частина вологи віддаляється дешевшим механічним шляхом - фільтруванням, пресуванням, центрифугуванням.

Висушувані матеріали залежно від способу сушки умовно можна розділити на наступні групи:

• рідкотекучі матеріали - істинні і колоїдні розчини, емульсії і суспензії;

• пастоподібні матеріали;

• тверді дисперсні матеріали, що володіють сипучістю у вологому стані (пилоподібні, зернисті і кускові);

• тонкі гнучкі матеріали (тканини, плівки, папір, картон);

• штучні, масивні, великогабаритні матеріали і вироби: кераміка, елементи будівельних конструкцій, виробу з деревини;

• вироби, що піддаються сушці після ґрунтовки, забарвлення, склеювання і інших робіт на поверхні.

За способом підведення теплоти до висушуваного матеріалу розрізняють:

• конвективну сушку (теплота для здійснення процесу передається матеріалу при його безпосередньому контакті з сушильним агентом, наприклад нагрітим повітрям, топічними і іншими газами);

• контактну (кондуктивну) сушку (теплота передається матеріалу через розділяючу їх стінку);

• радіаційну сушку (теплота передається інфрачервоним промінням);

• діелектричну сушку (теплота виділяється в матеріалі в результаті дії на нього струмів високої частоти);

• сушку сублімації (висушування матеріалу здійснюється в замороженому стані при глибокому вакуумі).

У техніці найчастіше застосовують конвективну і кондуктивну сушки. Останні три способи відносяться до спеціальних видів, їх застосовують декілька рідше.

1.1 Рівновага в процесі сушки

Процесу сушки, як будь-якому массообмінному процесу, відповідає зворотний процес - поглинання твердим матеріалом вологи з навколишнього середовища, що містить або пари вологи, або суміш пари вологи з іншими газами. Позначимо тиск пари вологи, коли тільки вона є навколишнім середовищем, через P_пар, а її парціальний тиск в суміші з газами навколишнього середовища - через P_D.

В той же час, волозі, що міститься в матеріалі, відповідає певний рівноважний тиск водяної пари над вологим висушуваним матеріалом P_мат.

Умовою сушки в цьому випадку є нерівності

P_мат > P_пар або P_мат > P_D. (1.1.)

Вологість матеріалу, що відповідає умові P_мат = P_пар (P_мат = P_D) відповідає умові рівноваги.

Зворотному процесу (сорбції пари вологи з навколишнього середовища твердим матеріалом) відповідають нерівності P_пар > P_мат і P_D > P_мат.

Тиск пари над висушуваним матеріалом P_мат залежить від вогкості матеріалу, температури і характеру зв'язку вологи з матеріалом. Із зростанням температури і вогкості матеріалу значення P_мат зростає (рис. 1.1). Крім того, чим сильніше зв'язок вологи з матеріалом, тим менше за інших рівних умов тиск пари вологи над цим матеріалом.

Розрізняють декілька форм зв'язку вологи з матеріалом (якщо під вологою розуміти воду, то у порядку убування енергії зв'язку).

Рис. 1.1 – Криві рівноважної вологості матеріалу:

P_мат – рівноважний тиск водяної пари над вологим матеріалом;

c₁, c₂, c₃ – вологість матеріалу

Хімічно зв'язана волога - гідратна або кристалізаційна, входить до складу самої хімічної сполуки, в процесі сушки не віддаляється. Для її видалення необхідна або високотемпературна дія (прожарення), або хімічна обробка.

Физико-хімічно зв'язана волога (адсорбційна і осмотична) - волога, що знаходиться в мікропорах і пов'язана з матеріалом на молекулярному рівні адсорбційними і осмотичними силами.

Механічно (капілярно) зв'язана волога, що заповнює макро- і мікрокапіляри, може бути видалена не тільки при сушці, але і при механічних діях.

Значення концентрацій вологи в матеріалі використовуються для опису кінетики процесу сушки, а також розрахунку апаратів, в яких він здійснюється.

Значення концентрацій вологи визначаються:

• вогкістю c - відношенням маси вологи, що міститься в матеріалі, до маси вологого матеріалу, кг/кг;

• вологовмістом x - відношенням маси вологи, що міститься в матеріалі, до маси сухого матеріалу, кг/кг;

• відносною вогкістю φ - відношенням кількості пари в газі до максимально можливого, відповідає насиченому стану при тих же температурі і тиску, %.