Строительные исследования
страница - 0
КИНЕТИКА КОНТАКТНОЙ СУШКИ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ ПЕРЕМЕШИВАНИИ
Павлов И.Н., Куничан В.А. (info@bti.secna.ru), Денисов Ю.Н., Севодина Г.И.
Бийский технологический институт (филиал) Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова
Микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ) получила широкое использование в различных отраслях промышленности. Увеличивается ее производство, совершенствуются технологии получения [1].
Заключительной стадией производства МКЦ является фаза сушки, на которой формируются эксплуатационные характеристики готового продукта. Выбор способа сушки определяют специфические особенности рассматриваемого продукта (фракционный состав, насыпная плотность, сыпучесть и др.). Широкое распространение для осуществления процесса получили сушилки с конвективным подводом тепла различного конструктивного оформления [2, 3]. Однако использование известных способов сушки МКЦ не обеспечивает измельчение кристаллов гидролизованной целлюлозы и достижение необходимого фракционного состава. Для этих способов процесс измельчения кристаллов гидролизованной целлюлозы проводят либо до сушки, подвергая целлюлозу мокрому размолу в аппаратах с мешалками при больших сдвиговых усилиях, либо осуществляют сухой механический размол уже высушенной МКЦ в мельницах [2].
Можно осуществлять процесс сушки с контактным подводом тепла к продукту при обработке его в горизонтальном лопастном смесителе [4]. При этом обработка МКЦ в аппарате происходит при его влажности меньшей 50%. Экспериментальные исследования показали, что МКЦ в этом случае по агре-
гатному состоянию следует отнести к пастообразным материалам. Сушка в смесителе происходит при воздействии на продукт больших сдвиговых усилий. Вследствие этого происходит процесс измельчения частиц МКЦ.
Для описания процесса контактной сушки с механическим перемешиванием слоя продукта, происходящем в смесителе, может быть использована физическая модель, представляющая процесс как серию кратковременных контактов между влажным материалом и греющей стенкой, в процессе которых происходит нагрев материала с последующим испарением влаги со свободной поверхности материала в смесителе [5, 6, 7].
При разработке математической модели процесса контактной сушки МКЦ в горизонтальном лопастном смесителе в качестве основных допущений приняты следующие факторы: 1) сушка механически перемешиваемого слоя представляет процесс как ряд последовательно протекающих процессов сушки и смешения; 2) перемешивание является идеальным и происходит за короткий промежуток времени; 3) перемешиваемый продукт является однородным по влажности в каждый момент времени; 4) температура продукта в каждый момент времени одинакова по всему объему смесителя; 5) поверхность испарения влаги из продукта равна открытой поверхности продукта; 6) потери тепла, обусловленные теплообменом продукта с окружающей средой, невелики, поэтому ими можно пренебречь.
Температура и влагосодержание высушиваемого продукта определяются процессами подвода тепла и отвода тепла и влаги с поверхности продукта в окружающую среду. При этом для определения времени сушки необходимо решить систему дифференциальных уравнений массо- и теплопереноса при соответствующих граничных условиях.
Согласно закону сохранения энергии все тепло, подведенное к продукту, затрачивается на испарение влаги, нагрев продукта и некоторых элементов смесителя.
Количество тепла, затрачиваемое на испарение влаги в единицу времени, равно:
dm в m вл dW
Чисп = r- = r -,(1)
исп dr 100 dr
твл = Рнас V ,
где mВ - масса влаги, содержащейся во влажном продукте, кг; т вл - масса влажного продукта, кг; W = 100 тБ/твл - влажность продукта, %; r - удельная теплота испарения влаги, Дж/кг. рнас - насыпная плотность влажного мате-
33
риала, кг/м ; V - объем, занимаемый влажным материалом, м .
Количество тепла, необходимое для нагревания продукта в единицу времени, равно:
Чнаг Свл т вл 7 ,(2)
dr
где свл = с0(1 -x)+ свx - теплоемкость влажного продукта, Дж/(кгК); c0, cв - удельные теплоемкости соответственно абсолютно сухого материала и влаги, Дж/(кг.К); x - массовая доля влаги в продукте.
Количество тепла, необходимое для нагрева элементов смесителя:
dt
Чсм = Ссмтсм~Г ,(3)
dr
где cсм - теплоемкость материала элементов смесителя, Дж/(кгК); тсм - масса элементов смесителя, кг.
Сумма количеств тепла, идущего на нагрев элементов смесителя, продукта и испарение влаги из него, равна количеству подведенного тепла в единицу времени от поверхности нагрева:
q = K AtСР Гнаг к,(4)
где K - коэффициент теплопередачи, Вт/(м К); Atcp - движущая сила
2
процесса теплопередачи, К; Гнаг - площадь греющей поверхности, м .
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2]