Обработка результатов сводится к построению разгонной характеристики влажности в процессе увлажнения и осушения (вентиляции) и расчету параметров влажного воздуха в камере.
1. По результатам эксперимента (таблица 2.3) строят разгонную влаж-
ностную характеристику, как показано на рис 2.1. По графику находят время необходимое для достижения постоянной влажности, отдельно для
режима увлажнения и осушения.
2. Расчет количества необходимой влаги для хранилища при внутренней
вентиляции. Расчет количества необходимой для увлажнения воды W v производят в следующей последовательности:
Задают начальную температуру и относительную влажность воздуха в камере, имеющиеся до увлажнения t by и ф by;
Задают конечную температуру и относительную влажность воздуха в камере, которые необходимо достигнуть при увлажнении t ky и φky;
Определяют плотность наружного воздуха ρb для данной температуры и влажности наружного воздуха.
Измеряют внутренние габариты камеры a,b,h - длину, ширину и высоту, м, определяют объем камеры V k = abh, м3;
Определяют по i-d диаграмме (Приложение 2), влагосодержание воздуха D by до увлажнения и после - D ky;
Рассчитывают Dby = Dky – Dby - разность между влагосодержанием воздуха после и до увлажнения, г/кг;
2.3. Протокол проведения лабораторной работы
Влажность наружного воздуха, φ= %
Температура наружного воздуха, t = °C
Режим | № п/п | Время мин. | Показатель термометра0С | Влажность φ, % | |
Сухого | Мокрого | ||||
Увлажнение | |||||
Осушение вентилятором | |||||
|
2.4. Расчет параметров влажного воздуха при увлажнении и испарении
Параметр | Формула | Результат |
Плотность наружного воздуха, кг/м3 | ρb | |
Габариты камеры, м: | ||
Длина | A | |
Ширина | B | |
Высота | H | |
Объем камеры,м3 | Vk=abh | |
Увлажнение | ||
Начальная температура, ос | tby | |
Начальная относительная влажность воздуха в камере, % | φby | |
Конечная температура, ос | tky | |
Конечная относительная влажность воздуха в камере, % | φky | |
Влагосодержание воздуха до увлажнения, г/кг | Dby | |
Влагосодержание воздуха после увлажнения, г/кг | Dky | |
Разность влагосодержаний, г/кг | Ddy=Dky-Dby | |
Количество влаги, кг | Wv=Vk*ρb*Ddy*0.001 | |
Осушение | ||
Начальная температура, ос | tbi | |
Начальная относительная влажность воздуха в камере, % | φbi | |
Конечная температура, ос | tki | |
Конечная относительная влажность воздуха в камере, % | φki | |
Влагосодержание воздуха до осушения, г/кг | Dbi | |
Влагосодержание воздуха после осушения, г/кг | Dki | |
Разность влагосодержаний,г/кг | Ddi=Dbi - Dki | |
Количество влаги, кг | W1=Vk*ρb*Ddi*0,001 |
Количество необходимой для увлажнения влаги равно: Wv=Vk*ρb*Ddy* 0.001, кг.
3. Количество испаренной влаги с модели продукции, W 1
Количество испаренной влаги определяется аналогично п. 2 для относительной влажности, достигнутой в камере к данному времени.
|
Задают начальную температуру и относительную влажность воздуха в камере до начала испарения tbi и φbi;
Задают конечную температуру и относительную влажность воздуха в камере, которые будут достигнуты при испарении с продукции t ki и φki
Дальнейший расчет:
W1=Vk*ρb*Ddi*0.001,кг
Результат расчетов свести в таблицу 2.4.
Отчет
Содержит схему камеры и влагопритоков, графическую зависимость влажности от времени увлажнения и осушения (вентиляции), а также времени работы вентилятора без увлажнителя, результат расчета параметров влажного воздуха (таблица 2.4).
Контрольные вопросы
Какие способы измерения влажности вы знаете?
Какие способы увлажнения вы знаете?
Отчего зависит время достижения заданной влажности в камере?
Как рассчитать количество испарившейся с продукции влаги?
Как рассчитать необходимое количество воды для увлажнения?
Как рассчитать количество удаленной из камеры влаги?
Почему работающий вентилятор влияет на относительную влажность
в камере?
Как изменится Влагосодержание в камере, если работает только
вентилятор без увлажнителя?
Работа 3. Исследование инфракрасной сушилки растительной продукции
Цель. Изучить устройство и принцип действия инфракрасной конвективной сушилки растительной продукции.
Экспериментально определить ее энергетические характеристики.
Теоретические основы
Сушка продукции является одним из распространенных технологических приемов при переработке и сохранении продукции. При сушке из продукции удаляется большая часть влаги.
|
Различают капиллярную и химически связанную воду в продукте. Капиллярная вода подразделяется на свободную (макро капиллярную) и гигроскопическую (микро капиллярную).
Свободная вода расположена в капиллярах радиусом более 10 -7 м, гигроскопическая - менее 10 -7 м. Свободная вода заполняет капилляры только при непосредственном соприкосновении с последними. Гигроскопическая вода проникает в микро капилляры путем непосредственного соприкосновения с материалом и путем сорбции из влажного воздуха.
Химически связанная вода наиболее прочно соединена с материалом, она входит в состав его молекул.
При сушке продукта удаляется капиллярная вода.
Всякий материал может быть высушен только до равновесной влажности, соответствующей относительной влажности и температуре сушильного агента. Равновесная влажность наступает тогда, когда парциальное давление водяного пара над продуктом приходит в равновесие с парциальным давлением водяного пара в воздухе.
При сушке происходят следующие процессы:
испарение влаги с поверхности высушиваемого материала;
передвижение влаги из внутренних частей высушиваемого продукта к его поверхности;
Обмен тепла между сушильным агентом и высушиваемым продуктом.
При наиболее распространенных методах сушки агентом - теплоносителем является воздух, который передает продукту тепло, способствует испарению воды и уносит образующиеся пары воды.
Процесс испарения влаги с поверхности высушиваемого продукта в сушильной технике называют процессом внешней диффузии влаги. Чем больше поверхность высушиваемого продукта и скорость движения воздуха, выше температура tsa и ниже относительная влажность воздуха (сушильного агента), тем интенсивнее идет испарение влаги с поверхности.
В первое время сушки, когда температура продукта мала, идет его нагрев и повышение температуры (рисунок 3.1, период I). Скорость сушки dW/dτ увеличивается от нуля. По времени период относительно невелик.
Период II начинается при достижении продуктом температуры влажного термометра tvt. В этот период влажность его высока, испарение с поверхности происходит так же, как испарение с поверхности жидкости.
Практически этот период продолжается до тех пор, пока не испарится 50-60% влаги. Дальнейший ход сушки зависит от перемещения влаги внутри продукта.
Перемещение влаги внутри продукта называют внутренней диффузией влаги. Вследствие ее испарения с поверхности влага перемещается от внутренних частей продукта к внешним, стремясь выровнять концентрацию во всех точках.
Одновременно происходит и обратное термодиффузное движение влаги, вызываемое разностью температур в разных точках продукта и направленное от более нагретых участков к менее нагретым, т.е. от периферии к центру. Но вследствие малой температурной разницы внешних и внутренних слоев при сушке берет перевес перемещение влаги из внутренних к внешним, где концентрация влаги понижается испарением. Большое значение имеет соразмерность процессов внешней и внутренней диффузии влаги. Если внешняя диффузия влаги намного опережает внутреннюю, то поверхность продукта будет пересыхать, может образоваться корочка, которая ухудшит качество продукта и затруднит дальнейшую диффузию влаги. Когда влажность на поверхности продукта понизится, тогда начинается III, заключительный период сушки, происходящий с убывающей скоростью. Скорость сушки в этот период будет определяться влажностью поверхности продукта, зависящей от интенсивности внутренней диффузии влаги.
Когда влажность на поверхности продукта достигнет равновесной, скорость сушки снизится до нуля, а температура продукта начинает подниматься. Температура продукта t = tsa становится равной температуре сушильного агента в период, когда влажность продукта как на поверхности, так и внутри достигнет равновесного состояния и процесс испарения влаги прекратится.
Рис.3.1.Зависимости влажности W (I),температуры Т (2) dW/dt (3) продукта от времени сушки:
I - период нагрева продукта;
II - период сушки с постоянной температурой и максимальной скоростью;
III- период достижения равновесной влажности.
Методы энергоподвода при сушке следующие.
Традиционной является сушка с помощью естественного тепла солнечных лучей, основным компонентом которых является инфракрасное излучение (ИК). Она осуществляется на открытом воздухе или под навесом с естественной или принудительной вентиляцией.
Конвективная — сушка за счет нагретого воздуха. Имеет широкое распространение. В качестве энергоносителя применяют пар, электрические нагреватели.
Сушка электромагнитной энергией сверхвысокой частоты (СВЧ): СВЧ-энергия проникает в продукт, раскачивает молекулы, нагревает его. За счет повышения температуры происходит испарение влаги. Причем температура вне объекта остается низкой, нагревается только сам объект.
Сублимационная сушка основана на явлении сублимации или возгонки, при которой влага из твердой фазы - льда - переходит в газообразную -пар, минуя жидкую. Сублимационную сушку проводят при низкой температуре и высоком вакууме. В таких условиях из продукта интенсивно испаряется влага, благодаря чему температура продукта понижается еще больше. Выделившаяся часть влаги отсасывается из сублиматора. Для удаления из замороженного продукта оставшейся влаги необходимо подвести дополнительное тепло в таком количестве, чтобы испарение происходило, но продукт оставался в замороженном состоянии.
Инфракрасная сушка: продукция облучается инфракрасным излучением (длина волны более 800 нм.). За счет его проникновения в продукт на 5... 10 мм создается температурный градиент, который из продукта способен при небольших температурных перепадах успешно удалять влагу.
Инфракрасное излучение имеет ту же физическую природу, что и световое: электромагнитные колебания, но с более длинными волнами.
В качестве источника ИК - излучения используют электрические спиральные нагреватели с температурой поверхности 873-1173 °К, лампы накаливания, кварцевые трубки с температурой нити до 2500 °К, а также газовые горелки, в которых происходит беспламенное сжигание газа при температуре поверхности 1073-1173 оК.
Применение инфракрасного излучения значительно интенсифицирует многие технологические процессы - сушку, выпечку, обжарку и другие за счет значительного увеличения плотности теплового потока на поверхности облучаемого материала и проникновения лучей внутрь материала. Инфракрасные лучи, проходя путь от генератора излучения до объекта в миллионные доли секунды и не встречая сопротивления пограничного слоя (что наблюдается при конвективной сушке), обеспечивают эффективное нагревание материала за счет интенсификации движения атомов и молекул в его поверхностных и глубокорасположенных слоях.
В зависимости от свойств облучаемого материала и температуры излучателя, от которой зависит длина волны, инфракрасные лучи способны проникать в толщу материала. Для многих пищевых продуктов с уменьшением длины волны глубина проникновения увеличивается. Проницаемость материала зависит от многих факторов: структуры, оптических и терморадиационных характеристик поверхности, влагосодержания и форм связи влаги в материале, пористости материала и др. Для пищевых продуктов глубина проникновения инфракрасного излучения составляет до 7-12 мм. Чем глубже располагается слой, тем меньше инфракрасной энергии проникает в него. Пропускание энергии излучения подчиняется экспоненциальной зависимости
Т=Т0 *е-Ьх
где Т- проницаемость слоя, %; Т 0=1-R 0 - доля лучистой энергии, воспринятой материалом, %; R n - доля лучистой энергии, отраженной от поверхности материала, %; b - коэффициент ослабления энергии; х - толщина расположения слоя.
Значительная плотность теплового потока на поверхности материала, а также проникновение в него инфракрасных лучей, существенно влияют на энергетические показатели сушки.