книги из ГПНТБ / Кавказов Ю.Л. Тепло- и массообмен в технологии кожи и обуви

и с увеличением их плотности. Благодаря высокому значению коэф­ фициента теплообмена в псевдоожиженном слое, даже при размере частиц 3 мм газы охлаждаются до температуры материала ' при массе слоя около 80 кг на 1 м2 поверхности решетки. Коэффициент теплообмена в неподвижном слое выше, чем коэффициент теплообмена в псевдоожиженном слое из-за большей скорости движения воздуха, вызываемой меньшей величиной свободного пространства, а также отсутствием агрегирования частиц.

С увеличением скорости движения воздуха коэффициент тепло­ обмена также увеличивается пропорционально скорости в степени 2 / 3 .

Для сушки желатина в неподвижном слое Е. О. Розенталь [124] предлагает критерий теплообмена в следующей форме:

Nu = O.OOSRe^.Pr^-Gu0 ^.

Сопоставление критериев' теплообмена, определенных различ­ ными способами при сушке в псевдоожиженном слое, показало [125[, что для Re < 80 Nu = О.ОШРе1 '6 ; а для 80 < Re < < 500 Nu = 0,316Re°'s .

Явление массообмена аналогично теплообмену: также имеется большое количество экспериментальных определений коэффициента, дающих различные значения его.

Поданным П. Г. Романкова и В. А. Лепилкпна [126], критерий массообмена Нуссельта равен:

Nu' = 1,31 • 10~7Fe2'87 или Nu' = 46,25• lO^Fe1 -6 7 .

Процессам сушки в псевдоожиженном слое посвящено большое количество работ, в каждой из которых обращено преимущественное внимание на тот или иной фактор, влияющий на интенсивность сушки, равномерность ее, качество готовой продукции. В некоторых работах исследуется эффективность передачи тепла различных видов и другие параметры процесса. В работе П. Ф. Борискова [127] дается зависи-

мость скорости сушки от параметра 5 = ~ , характеризующего по­ верхность раздела фаз единицы объема двухфазной системы; в работе В. И. Муштаева — влияние перемешивания газовой фазы на сниже­ ние «движущей силы» фактора', вызывающего процесс псевдоожиженной сушки [128]; в работе В. Михеля — зависимость скорости сушки от размеров граней образца [129]; в работе В. Н. Давыдова — влия­ ние периодического нагревания и охлаждения зерна на интенсивность сушки [130]. В последующих работах дается уже более полная ха­ рактеристика протекания всего процесса сушки с установлением критической скорости начала псевдоожижения, кинетики сушки, тепло- и массообмена, влияния на них видов связи влаги с материа­ лом и другие данные [131 ].

180

В работе А. С. Гинзбурга и В. И. Сыроедова [132] приведены результаты высушивания сахара-песка в виброкипящем слое. Дове­ дение движения частиц до критической скорости псевдоожнжения производилось авторами вибрацией и подачей горячего воздуха. Ими установлена зависимость высоты слоя от амплитуды колебания и ча­ стоты вибрации. Зависимость высоты слоя от амплитуды колебания имеет линейный характер: А/г = 5,48/1, где А — амплитуда колеба­ ния. Частота колебания при этом мало влияет на высоту слоя.

Для характеристики состояния псевдоожиженного слоя предла­ гаются ими два показателя: относительное увеличение высоты слоя

Ah

ср = — и пористость слоя, т. е. степень его разрыхления, что опре-

"н

деляется отношением объема виброожиженного слоя к объему слоя

тепла от вибрирующей поверхности дисперсному слою материала значительно превышает интенсивность передачи тепла от неподвиж­ ной поверхности. На величину коэффициента теплообмена оказывает большое влияние амплитуда колебания. Экспериментальные данные тех же авторов приводят к следующей зависимости: ссэ ф = 0,15/Л2 + + (1 + 0,37/) А + 86.

При изменении амплитуды колебания А от 0,5 до 2,5 мм коэффи­ циент теплообмена возрастает с 93 до 168 ккал/м2 -ч-°С, а при изме­ нении частоты / от 10 до 50 Гц коэффициент теплообмена увели­ чивается от 93 до 117 ккал/м2 -ч-°С.

Коэффициент теплообмена при виброкипящей сушке зависит от произведения амплитуды колебания на частоту: с увеличением этого произведения растет и коэффициент теплообмена [133].

Повышение скорости движения воздуха при сушке псевдоожижен­ ного слоя приводит к тому, что наиболее мелкие частицы выносятся из ожиженного слоя, образуя другое состояние — взвешенный слой.

Сушку во взвешенном состоянии широко применяют для удале­ ния свободной воды при малом сопротивлении переносу влаги в мел­ козернистом материале. При нахождении оптимальных условий сушки возникает трудность в определении характера движения от­ дельных частиц и связанной с этим скорости движения воздуха во взвешенном слое. Вместо определения всех факторов, влияющих на движение отдельных частиц во взвешенном состоянии, Т. Ф. Таганцевой [134] предложен метод определения характера движения всей

массы материала. Условная скорость этого движения У у с л = щу ,

где g — производительность установки; F — площадь сечения трубы; Рф — объемная концентрация массы.

*F \ V г — V вит;

181

ские особенности процесса. Для сушки фрезерного торфа автором найдено следующее выражение:

РФ = з/с1 F {Vr, с р —8 Квит, ср) '

где Кх — коэффициент, учитывающий диаметр трубы. Гидродинамическая характеристика теплообмена через условную

скорость движения материала может быть выражена критерием Рей­

Опытные данные позволили установить зависимость внешнего теплообмена в форме

Nu = 0,032Re0'9.

Параметры сушки рассчитываются по формулам: количество испаренной влаги

количество тепла, необходимое для испарения влаги, AQ = Am (595 + 0,47*а — fl^);

количество тепла, необходимое для нагревания материала,

AQH = МГСВ ф.2 - fj,) .

Температура материала определяется по отдельным стадиям процесса.

Устанавливая скорость витания частиц в пневмотранспортных условиях, А. М. Любич [135] исходит из предположения о зависимо­ сти ее от трех сил: аэродинамической, силы тяжести и центробежной. Ею установлено общее выражение для скорости витания

Для высушивания растворов применяется метод сушки распыле­ нием. В работе М. В. Лыкова [136] приведены результаты высушива­ ния раствора клея таким методом.

Он дает следующее уравнение для определения условной скорости сушки:

г " ^ р ( ' + ж )

182

Г— постоянный коэффициент, равный для шара 1 /G и для цилиндра —

ний, которые составляют такие процессы, невозможно было регу­

ния времени, указав пути интенсификации процесса дубления. Используя повышенные температуры, высокие концентрации реа­ гентов и гидродинамические факторы, длительность дубления была доведена до 72—48 ч вместо 4—6 месяцев.

183

Наряду с передовым методом сушки на многих кожевенных заводах существуют еще и длительная сушка, и длительное увлаж­ нение жестких кож и юфти.

Для комбинированной сушки и увлажнения жестких кож тре­

сушильных устройствах, поэтому продолжается 24 ч. Затем кожи увлажняют окунанием в чан с водой или опрыскиванием водой, после чего осуществляется пролежка кож в штабелях в течение 24—48 ч. После этого из-за неравномерности протекания процесса увлажнения сухие части кожи доувлажняют вручную, что тре­ бует лишнего расхода пара, электроэнергии и больших площадей.

Дальнейшее совершенствование сушильных устройств и-методов сушки сократит время сушки и улучшит качество готовых кож.

Сушка в значительной мере влияет на получение готовых кож с определенными свойствами, поэтому условия рациональной сушки должны рассматриваться отдельно.

П е р в ое и в т о р о е подвяливание ж е с т к и х к о ж

Первой задачей отделки кож является снижение влажности их после жирования и наполнения до состояния, наиболее благоприят­ ного для проведения разводки. Вместе с тем должен протекать про­ цесс более равномерного распределения и закрепления введенных в кожу ингредиентов. Для достижения этого обычно используют первое подвяливание, или пролежку кож. Для решения первой задачи применение пролежки недостаточно. Сложенные в штабеля кожи после остывания принимают температуру мокрого термометра, которая в нормальных условиях будет равна 15—16°С. Процесс сушки при такой температуре в условиях естественной конвекции будет чрезвычайно длительным.

При подвяливании происходит испарение из мелких капилляров, куда жидкость засасывается из более крупных капилляров, что

184

Рис. VI1-1. Кривые скорости сушки жестких кож:

/ _ t = 50° С, ф = 40%; 2 — t = 40° С, ф = 60%; 3 — 1 =

=40° С, Ф = 80%

тов. Вместе с тем существенным недостатком первого подвяливания является стенание жидкости в нижнюю часть завешанных кож, что вызывает потемнение и ломкость их.

Абсолютная влажность кож в процессе первого подвяливания снижается .со 120 до 80% (рис. VII-1). Для жестких кож это будет в период постоянной скорости сушки, поэтому он полностью опреде­ ляется внешним тепло- и массообменом. Закономерность таких явлений выражается уравнениями:

Я= сс (*с — * п . м ) ; <?' = сс'ДП,

где ДП — разность потенциалов переноса вещества у поверхности кожи и в окружающей среде.

При конвективной сушке, когда имеет место адиабатическое испарение, разность потенциалов равна разности парциальных

185

давлении пара, пли, что то же самое, относительной влажности воз­ духа. Плотность потока тепла при конвективной сушке в первую очередь зависит от коэффициента теплообмена.

Величина коэффициента теплообмена для подошвенной кожи, по данным И. Г. Манохина, равна 4 ккал/м2 -ч-°С. Она в значитель­

духа (приложение 3). Чем меньше ср, тем больше разница между

высокой температуре, то относительная влажность воздуха в про­ цессе первого подвяливания приобретает особоезначение.

Следует иметь в виду, что температура капиллярно-пористых материалов, к которым относится и кожа, во влажном состоянии равна температуре мокрого термометра не весь первый период сушки, а лишь в тот период, когда скорость движения воздуха невелика.

По данным Н. С. Михеевой [77], при увеличении ско­ рости движения воздуха увеличивается и скорость углубления поверхности испарения внутрь тела, от чего температура материала становится выше tu. При V = 1,23 м/с скорость углубления зоны испарения равна 0,12 мм/ч; при V = 2,65 м/с — 0,40 мм/ч.

Особенно значительно скорость движения воздуха влияет на углубление поверхности испарения при V > 2,55 м/с.

186

Отрицательное влияние повышения скорости движения воздуха сказывается и на увеличении критического влагосодержания, что сокращает период постоянной скорости сушки. Для желатина повы­ шение скорости движения воздуха с 0,5 до 7,10 м/с увеличивает критическое влагосодержа-нпе с 0,53 до 1,02 кг/кг [14]. Такая роль скорости движения воздуха значительна именно в первый период сушки, поэтому и должна учитываться в процессе первого подвяливания. Сложность влияния этого фактора на явление теплообмена заставляет выбирать оптимальное значение его в каждом отдельном случае.

Интенсивность сушки определяется интенсивностью влагообмена, который также зависит от коэффициента массообмена и разности относительной влажности воздуха у поверхности кожи и в окружа­

теплообмен, так и возрастание разности относительной влажности воздуха среды и у поверхности кожи интенсифицирует влагообмен. Принято считать, что у поверхности влажного материала воздух полностью насыщен парами воды, следовательно, увеличение раз­ ности парциальных давлений пара может происходить только за счет использования более сухого воздуха в паровоздушной смеси среды.

Снижение относительной влажности воздуха увеличивает крити­ ческое влагосодержание: изменение ср с 80 до 30% увеличивает критическое влагосодержание в юфти с 0,61 до 0,79 кг/кг [14].

Большое влияние на внешний тепло- и массообмен оказывают размеры и форма высушиваемых тел. Эти параметры входят в кри­ терии Рейнольдса и Пекле, поэтому влияют как на толщину погра­ ничного слоя Прандтля, так и на толщину теплового и диффузион­ ного слоев. По данным О. Кришера [6], чем больше отношение по­ верхности тела к его объему, тем интенсивнее процесс сушки. Из-за большой толщины подошвенных кож этот фактор играет большую роль: при увеличении толщины высушиваемого материала в три раза длительность сушки возрастает в четыре раза [15]. Существен­ ным в данном случае является и большая величина подошвенных кож, достигающих в длину 3 м. По данным В. Г. Сидорова [137],

187

увеличение длины пути воздуха вдоль кожи снижает скорость испарения влаги (табл. VI1-3).

благодаря дополнительному нагреванию излучением окружающей среды выше, чем при испарении влаги со свободной поверхности: при сушке жестких кож в 1,45 раза, юфти — в 1,39 раза. Скорость сушки кожи прямо пропорциональна скорости испарения воды со свободной поверхности (рис. VI1-3). Используя зависимость скорости сушки от интенсивности массообмена, определяемого по весу сухой кожи и ее площади, можно найти остальные данные, характеризу­ ющие первый период сушки — первое подвяливание.

Анализ влияния на интенсивность сушки отдельных факторов показывает, что меняя величину их, в ряде случаев можно получить

188

один и тот же эффект, достигнув при этом некоторых преимуществ.

температуру влажной кожи, равную соответственно 32,8°С и 36,1°С, и вместе с тем достигнуть значительных результатов.

Если принять подачу воздуха в камеру для подвяливания из цеха, параметры (t, °С; ср, %) которого примерно постоянны, харак­ теристика трех состояний паровоздушной смеси будет следующей

скорости движения воздуха или температуры также может быть оценена.

189