Глава 9. Динамический метод определения равновесной влажности материалов

В тепло- и массообменных процессах большое значение приобретают вопросы о форме связи влаги с материалом, коли­чественная и качественная оценки связанной влаги. Одним из методов изучения форм связи влаги с материалом и оценки энергии этой связи является исследование изотерм сорбции и десорбции [1], которые являются также основой для расчета некоторых термодинамических параметров массопереноса [2]. Изотермы сорбции и десорбции определяют режимы хранения высушенных материалов из их равновесных характеристик. Для таких материалов равновесная влажность зависит от от­носительной влажности окружающего воздуха, его темпера­туры и структуры материала. В силу большого разнообразия форм связи влаги с материалом и структур последних аналити­чески вычислить равновесную влажность не представляется возможным [3]. Поэтому равновесная влажность определяется экспериментально.;

Большинство из известных способов определения основано на гравиметрическом и тензиметрическом равновесии. Иссле­дуемый материал помещают в атмосферу влажного воздуха постоянных параметров и выдерживают в нем до наступления равновесия.

Наибольшее распространение получил так называемый тензиметрический метод, состоящий в том, что образцы мате­риала помещают в эксикаторы над растворами солей или кис­лот и выдерживают при постоянной температуре до наступле­ния постоянного веса материала, которое фиксируется перио­дическим взвешиванием. При этом используется то свойство растворов солей и кислот, что определенной их концентрации соответствует определенная относительная влажность воз­духа.

Наряду с простотой тензиметрический метод имеет большие недостатки. Так, длительность опытов по определению равновесного состояния для некоторых материалов достигает нескольких месяцев. Для многих пищевых продуктов этот ме­тод вообще непригоден, так как при относительной влажности свыше 80% еще задолго до наступления равновесия продукт разрушается грибковой плесенью.

Из-за большой продолжительности непригоден этот метод н при направленных поисковых исследованиях. Поэтому в по­следнее время большое внимание уделяется поискам и созда­нию более совершенных и быстрых способов для определения равновесной влажности.

Автором по схеме, предложенной профессором Г. К. Фило-ненко, разработана и построена универсальная установка для получения изотерм сорбции — десорбции в широком диапазо­не изменения влажности. Применение этой установки для оп­ределения равновесной влажности в процессах сорбции или десорбции позволяет получать последние ускоренным динами­ческим методом. В результате длительность опытов сокраща­ется до 5—10 час. При этом можно проводить режимные из­мерения с более высокой точностью, чем при использовании растворов солей и кислот, и погрешность опытов умень­шается.

Установка обеспечивает работу в режимах 287—363 °К и относительной влажности 10—100% при скоростях воздуха в рабочем канале до 5 м/сек.

В варианте для определения равновесной влажности уста­новка выполнена на девяти параллельно работающих кана­лах, каждый из которых может настраиваться на любой ре­жим. Это позволяет вести опыт одновременно на девяти режи­мах и, следовательно, получить полную изотерму сорбции или десорбции из одного опыта.

Принципиальная схема канала установки представлена на рис. 1. Очищенный воздух из воздушного ресивера I подается в барботер 2. Проходя через слой воды сквозь мелкую сетку, воздух увлажняется. Максимальное увлажнение при этом со­ставляет 95—97%-

При помощи электроподогревателя 3, автотрансформатора и контактного термометра в барботере устанавливается и поддерживается постоянной необходимая температура пред­варительного насыщения.

Из барботера воздух с относительной влажностью 95— 97% попадает в конденсатор 7. Охлаждаясь в конденсаторе на 5—10°, воздух становится насыщенным. При охлаждений возможно выпадение мелких капель. Для их отделения воз­дух подается в циклон 8, в котором капли отделяются и воз­вращаются по трубке 12 в барботер. В результате на выходе из циклона воздух при постоянной температуре насыщения имеет влажность, равную 100%. Из циклона воздух пода­ется в теплообменник 9. Подогревая воздух до нужной температуры, ложно изменять его относительную   влажность,   так как


 относительная   влажность  воздуха— относительная   влажность  воздуха в %; давление насыщенных водяных паров— давление насыщенных водяных паров при температуре насыщения температура на выходе из циклона  8; давление насыщенных водяных паров—давление давлениенасыщенных водяных паров при температуре подогрева температура в рабочей камере после теплообменника—температура в рабочей камере после теплообменника 9.

 относительная   влажность  воздуха

 

  

 схема канала установки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

Необходимая температура насыщения устанавливается с помощью термостата.

Исследуемый материал помещается в термостатированной рабочей камере 10 в бюксе с перфорированным дном и проду­вается воздухом с фиксированной влажностью и температурой до наступления равновесия. Последнее устанавливается по до­стижении постоянного веса, который определяется периодиче­ским взвешиванием на аналитических весах. Для мелких сы­пучих материалов воздух в специальных бюксах проходит над материалом, что исключает вынос его.

Устанавливая различные температуры насыщения и подо­грева, можно изменять относительную влажность воздуха в рабочем канале в широком диапазоне.

Настройка канала производится в следующей последова­тельности:

1) с помощью термостата // в рабочей камере 10 устанав­ливается температура, при которой определяется равнове­сие,  -  равнове­сие
 изотерма десорбции

2) с помощью низкотемпературного термостата и конден­сатора 7 устанавливается температура насыщения на вы­ходе из циклона 8. равнове­сие

Температура Температураопределяется по заданным относительная   влажность  воздуха и Температураиз соот­ношения (1). Для удобства, эти значения рассчитываются предварительно для разных температур Температураи относительной влажности воздуха с интервалом 10% и сводятся в таблицу. По данным этой таблицы и настраивается каждый раз уста­новка.На установке производятся измерения:

1)          температуры в точках 13 и 14 потенциометром ППТН-1 и медно-константановыми термопарами, что позволяет проводить измерения с точностью до 0,1°;

2)          скорости воздуха — любым известным методом (ввиду малых размеров канала применялся специальный электроанемометр).

Таким образом, психрометрические измерения сведены фактически к измерениям температур, что гораздо проще и до­ступней. Это стало возможным потому, что благодаря приме­ненной схеме на выходе из циклона получается воздух с двумя неизвестными параметрами, что и позволяет произво­дить перерасчет влажности при подогреве.

Как указывалось выше, для определения равновесной влажности в установке имеется девять каналов. Для парал­лельной их работы от общих термостатов предусмотрены кол­лекторные и разветвляющие устройства.

На рис. 2 приведены изотермы десорбции картофельных крекеров и яблок, снятые на описанной выше установке. Дли­тельность опытов по определению равновесной влажности для этих продуктов не превышала 8 час. Как видно и.з рис. 2, раз­брос точек практически отсутствует.

Установка может широко использоваться в лабораторной практике для исследования равновесной влажности различ­ных коллоидных капиллярнопористых материалов.

 

ПредыдущаяСледующая