Способ определения коэффициентов тепло-и массопереноса дисперсных материалов при сушке и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G01N25/56 

2.Способ по п. 1, о т л и ч-а ю и и и с я тем, что измерения проводят в слое, отношение толщины которого к размеру частиц дисперсного материала составляет 300-500.

3,Устройство для определения коэффициентов тепло- и массопереноса дисперсных материалов при сзпаке, содержащее вентилятор, соединенный

с аэродинамической трубой, внутри которой установлен калорифер, а в ее рабочей зоне - измерительная кассета с обогреваемым дном для исследуемого материала, внутренние стенки которой теплоизолированы, термометр сопротивления, установленный в центральном сечении кассеты перпендикулярно ее днищу, измеритель веса кассеты, узел контроля влажности и температуры сушильного агенчто, с целью расширения области применения.устройства путем определения коэффициентов тепло- и мас.сопереноса в процессе высокоинтенсивной сушки, на корпусе термометра сопротивления установлен датчик давления, выполненный в виде капилляра, перфорированного по образующей, а внутренние стенки кассеты снабжены уплотнением.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что уплотнение выполнено в виде ребер треугольного сечения, отношение высоты которьк к диаметру частиц дисперсного материала составляет 30-50, а отношение их шага к диаметру частиц 10-20.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОСА ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ при сушке, включающий измерение среднеинтегральных температур и влагосодержания с последующим вычислением по полученным данным искомых характеристик, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения способа путем определения коэффициентов тепло- и массопереноса в процессе высокоинтенсивной сушки, дополнительно измеряют СО полное среднеинтегральное давление в слое, а искомые коэффициенты определяют по известным формулам.

Изобретение относится к определению коэффициентов массо- и теплопереноса в процессе сушки и предназначено для определения коэффициентов тепломассопереноса в процессе интенсивной сушки дисперсных материалов.

Известен способ определения коэффициентов при нестационарном массопереносе, учитывающий перераспределение массы в образце под действием градиента температзФы lj

Недостатком данного способа является то, что при определении коэффициентов тепло- и температуропроводности влажных тел в процессе сушки существенное влияние оказывает термоградиентный перенос влаги. Поэтому эти коэффициенты представляют собой некоторые эффективные значения, суммарно учитывающие все процессы переноса, происходящие во влажном материале.

f

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ комплексного определения коэффициентов тепло- и массопереноса дисперсных материалов, включающий измерение среднеинтегральных температур и влагосодержания с

последуюш 1м вычислением искомых характеристик по известным формулам , и предусматривающий измерение коэффициентов массо- и теплопереноса в процессе сушки образцов при различных способах подвода тепла {2J , : Недостатком известного способа является невозможность определения коэффициентов переноса при интенсивных процессах сушки, когда существенную роль играет фильтрационный перенос.

Такие условия наблюдаются при кондуктивной, радиационной сушке

и сушке токами высокой частоты. Фильтрационный перенос оказывает с тцественное влияние на коэффициенты тепло- и массопереноса, которое должно учитываться в методе их определения.

Цель изобретения - расширение области применения спрсоба путем определения коэффициентов тепло- и массопереноса (коэффициенты фильтрационного переноса кара., диффузии, влаги, теплопроводности, температуропроводности относительного коэс|)фициента термодиффузии) в процессе высоко интенсивной сушки;

При интенсивном нагреве влажного тела внутри его пористой структуры

311

с большой скоростью происходит превращение жидкой фазы влаги в паровую, что сопровождается значительным увеличением удельного объема влаги. Возникающее при этом избыточное давление не успевает мгновенно релаксироваться через пористую струн туру материала, так как часть пор тела заполнена жидкостью, а свободные от жидкой фазы капилляры создают определенное гидравлическое сопротивление .

Поставленная цель.достигается тем, что согласно способу комплексного определения коэффициентов тепло- и массопереноса дисперсных материалов при сушке, включающему измерение среднеинтегральных температур и влагосодержания с последую цим вычислением по ползгченным данным искомых характеристик, дополнительно измеряют полное среднЁИНтегральное давление в слое, а искомые коэффициенты определяют по известным формулам.

При этом измерения проводят в слое, отношение толщины которого к размеру частиц дисперсного материала составляет 300-500.

При -указанных соотношениях размеров измерения перепада давлений могут быть осуществлены с наибольшей точностью.

Наличие градиента полного давления внутри капиллярно-пористого тела вызывает перемещение влаги. Поэтому в уравнение для потока влаги во влажном материале вводится член, учитывающий фильтрационный перенос под действием возникающего в теле избыточного давления.

Определение коэффициента фильтрации и учет фильтрационной составляющей тепломассопереноса достигается тем, что используется математическая модель взаимосвязанного тепломассопереноса, предусматривающая измерение среднеинтегрального полного давления и его распределение в образце дополнительно к измерению распределения влагосодержания и температуры.

Известно устройство для определения характеристик тепломассопереноса капиллярно-пористых тел и дисперсных материалов при фазовом превращении рабочего вещества в стационарных условиях, состоящее из

02304

холодильной и теплообмеиной камер, между которыми размещена кассета с исследуемым материалом. При этом датчиками или весовым способом оп5 ределяется распределение влаги и температуры и поток массы.

Недостатком данного устройства является невысокая точность измерений.

O Наиболее близким к изобретению является устройство для определения коэффициентов тепло- и массопереноса дисперсных материалов при сушке, содержащее вентилятор, соеди5 ненный с аэродинамической трубой, внутри которой установлен калорифер, а в рабочей зоне - измерительная кассета с обогреваемым дном для исследуемого материала, внутрен0 ние стенки которой теплоизолированы, термометр сопротивления, установленный в центральном сечении кассеты перпендикулярно ее днищу, узел контроля влажности и темпера5 туры сушильного агента 2j :

Недостатком известного устройства является невозможность определения коэффициентов тепломассопереноса в процессах высокоинтенсив0 ной сушки с учетом фильтрационной составляющей переноса.

Цель изобретения - расширение области применения устройства путем определения коэффициентов теплои массопереноса в процессах высокоинтенсивной сушки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения коэффициентов тепло- и массоQ переноса дисперсных материалов при сушке, содержащем вентилятор, соединенный с аэродинамической трубой, внутри которой расположен калорифер, а в ее рабочей зоне - измерительная кассета с обогреваемым дном для исследуемого материала, внутренние стенки которой теплоизолированы, термометр сопротивления, установленный в центральном сечении кассеты перпендикулярно ее днищу, измеритель веса кассеты, узел контроля влажности и температуры сушильного агента, на корпус термометра сопротивления установлен дат5 чик давления, выполненный в виде

капилляра, перфорированного по об. разующей, а внутренние стенки кассеты снабжены уплотнением.

При этсм уплотнение выполнено-в виде ребер треугольного сечения, отношение высоты которых к диаметру частиц дисперсного материала составляет 30-50, а отношение их шага к диаметру частиц 10-20.

Совмещение датчика давления с термометрсяи сопротивления необходимо для минимального нарушения структуры слоя образца.

Для предотвращения релаксации давления, вследствие утечек пара через разрыхленные зоны у боковьвс стенок, на внутренних стенках установлены ребра треугольного сечения высотой 30-50 диаметров частиц и шагом 5-10 мм.

Толщина разрыхленной зоны состав ляет (10-20)диаметров частиц.

На чертеже представлена схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит вентилятор 1, калорифер 2, аэродинамическую трубу 3, на рабочем участке которой установлена измерительная кассета 4 высотой 0,15-0,20 м с исследуемым материалом. Кассета снабжена нагревателем 5, тепловлагоизоляцией 6, термометром 7 сопротивления, совмещенньвм с датчиком 8 давления, и размещена на взвешивающем устройстве 9 В аэродинамической трубе 3 установлен узел 10 контроля параметров теплоносителя. На внутренних стенках кассеты 4 размещены ребра 11 треугольного сечения высотой 30-50

диаметров частиц и шагом 5-10 мм. Датчик 8 давления подключен к микроманометру .12.

Устройство работает следующим об5 разом.

Влажный материал помещается в кассету 4.Процесс сушки осзга5ествляется путем нагрева образца нагревателем 5,(ЛИбОтеплоносителем, нагретым

О в калорифере 2, либо тёплопрдводом от нагревателя и теплоносителя. При этом плотность теплового потока 10-30 кВт/м. Термометром 7 сопротивления и датчиком 8 давления, раз5 мещенными в центральном сечении образца перпендикулярно днищу кассеты, измеряют среднеинтегралью е та пературу и давление в слое. Перфорация датчика давления ориентирована в

0 слой материала. С помощью взвешивакящего устройства 9 измеряют изменение среднеинтегрального влагосодержания в процессе высокоинтенсивной сушки. Коэ мциенты теплои массопереноса (коэффициент фильтрационного переноса пара, коэффициент ди4кЬузии влаги, теплопроводности, температуропроводности, относительного коэффициента термодиффу0 зии) определяют по соответствуюпщм формулам.

Использование предлагаемых способа и устройства позволит получить новый положительный эффект, заключаюпщйся в возможности определения коэффициентов тепломассопереноса в условиях высокоинтенсивной сушки.