РОЗДІЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ОБ'ЄКТІВ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТІВ
Як сказано вище лише в хімічній промисловості сушінню піддають понад 200 тис. найрізноманітніших продуктів, з яких приблизно 80% складають дисперсні матеріали. Дослідити закономірності процесу сушіння всіх матеріалів є надзвичайно трудомістка задача. Однак, якщо всі дисперсні матеріали розділити на декілька груп за найбільш характерними особливостями з точки зору гідродинаміки фільтрування газового потоку крізь стаціонарний шар та кінетики сушіння, то, дослідивши процес сушіння одного матеріалу, шляхом узагальнення, отримані розрахункові залежності можна використати для прогнозування процесу сушіння інших дисперсних матеріалів, які належать до однієї групи.
2.1. Класифікація дисперсних матеріалів як об'єктів фільтраційного сушіння
На основі всебічного аналізу структурної будови і властивостей окремих частинок дисперсного матеріалу, гідродинамічних властивостей шару нами запропонована класифікація дисперсних матеріалів з точки зору їх фільтраційного сушіння [131]. В основу класифікації положено: з однієї сторони, розміри і форму окремих частинок, які утворюють шар і визначають розміри, форму та звивистість каналів крізь які фільтрується тепловий агент, а також кількість зовнішньої вологи, яка може механічно утримуватися між частинками і визначають втрати тиску в шарі дисперсного матеріалу, тобто гідродинаміку процесу. З іншої сторони - будову окремих частинок, яка визначає кількість внутрішньої вологи, її зв'язок із твердим скелетом, тобто кінетику видалення внутрішньої вологи шару дисперсного матеріалу. Тому всі тверді дисперсні матеріали умовно розділили на сім груп:
1. За методом утворення окремих частинок:
a. Подрібнені (вугілля, торф);
b. Гранульовані (мінеральні добрива, технічний вуглець);
c. Природні дисперсні матеріали (зерно, насіння).
2. За станом зовнішньої поверхні частинок:
a. Шорсткі (вугілля, поліакриламід);
b. Гладенькі (річковий пісок, мінеральні добрива).
3. За формою частинок:
a. Кулясті (мінеральні добрива, технічний вуглець);
b. Округлі (гранульовані матеріали);
c. Призматичні (вугілля, полімери);
d. Дископодібні (арилокс);
e. Кутасті (вугілля, гірський пісок);
f. Подовгасті (окремі частинки вугілля);
g. Пластинчасті (вугілля);
h. Волокнисті (окремі частинки торфу).
4. За розмірами частинок [132]:
a. Кускові ;
b. Грубозернисті ;
c. Крупнозернисті ;
d. Середньозернисті ;
e. Дрібнозернисті ;
f. Тонкозернисті .
5. За будовою окремих частинок, які утворюють шар [24, 133]:
a. Грубопористі ();
b. Макропористі ();
c. Субмакропористі ();
d. Мезопористі ();
e. Мікропористі ();
f. Непористі.
6. За будовою шару:
a. Полідисперсні ;
b. Монодисперсні .
7. За механічними властивостями шару:
a. підчас прикладання перепаду тисків:
i. Властиве явище сідання (торф, кавовий шлам);
ii. Не властиве явище сідання (вугілля, пісок).
b. Підчас зміни вологості у процесі сушіння:
i. Властиве зменшення об'єму частинок (кавовий шлам);
ii. Не властиве зменшення об'єму частинок (пісок).
Перша група. Метод отримання частинок визначає розміри, форму і шорсткість окремих частинок, їх ефективну поверхню масообміну, наявність або відсутність тріщин.
Внаслідок подрібнення твердих матеріалів отримують гаму найрізноманітніших за формою і розмірами частинок, поверхня яких є в основному шорсткою, крім цього напруження у твердих тілах, які виникають підчас подрібнення, приводять до утворення мережі тріщин, форма і розміри яких змінюються у широкому діапазоні.
Підчас гранулювання частинкам в основному надають форму близьку до правильної (куля, циліндр, таблетка, диск тощо). Розміри гранульованих частинок відрізняються між собою незначно. Поверхня в основному гладенька, зовнішні тріщини відсутні.
Природні дисперсні матеріали характеризуються великою різноманітністю форм і розмірів окремих частинок, зовнішня поверхня в основному гладенька.
Друга група. Шорсткість поверхні визначає кількість поверхневої (плівкової і гравітаційної) вологи, яка утримується на поверхні частинок. Велика шорсткість поверхні сприяє утворенню замкнених зон, недоступних для теплового агенту, у місцях контакту частинок між собою і призводить до зростання часу сушіння.
Третя група. Форма частинок визначає структурну будову шару дисперсного матеріалу, його порізність (вільний об'єм), степінь взаємного екранування однієї частинки іншою, і відповідно кількість замкненої між частиками вологи, ефективну поверхню тепло- і масообміну, форму і звивистість каналів між частинками.
Четверта група. Розміри частинок, які формують шар дисперсного матеріалу, визначають розміри каналів між частиками, питому поверхню і гідравлічний опір шару, кількість поверхневої і механічно утримуваної між зернами шару вологи.
П'ята група. Внутрішня будова частинок, які формують шар, розміри пор і капілярів, а також їх розподіл за розмірами, і визначають кількість внутрішньої вологи (вільної і адсорбованої), її перерозподіл в процесі сушіння, тобто кінетику процесу і звичайно час сушіння.
Шоста група. Будова шару дисперсного матеріалу визначає його однорідність, наявність або відсутність ущільнених конгломератів, непроникних для теплового агенту, і відповідно кількість замкненої вологи, яка видаляється із шару шляхом молекулярної дифузії. Частинки з різними розмірами містять різну кількість внутрішньої вологи (вільної і адсорбованої) тому і час сушіння їх буде різним, що призведе до зростання загального часу сушіння і відповідно до нерівномірності вологості частинок висушеного матеріалу.
Сьома група. Властивості шару дисперсного матеріалу визначають гідродинаміку і кінетику фільтраційного сушіння, якість та собівартість готового продукту. Сідання шару підчас прикладання перепаду тисків (торф) приводить до зменшення висоти і порізності шару, ущільнення його структури, появи непроникних для теплового агенту конгломератів, зростання гідравлічного опору, і, як наслідо