RU2340854C1 - Способ определения длительности сушки продуктов, содержащих свободную и связанную влагу, при смене режима сушки - Google Patents
Способ определения длительности сушки продуктов, содержащих свободную и связанную влагу, при смене режима сушки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2340854C1 RU2340854C1 RU2007126668/06A RU2007126668A RU2340854C1 RU 2340854 C1 RU2340854 C1 RU 2340854C1 RU 2007126668/06 A RU2007126668/06 A RU 2007126668/06A RU 2007126668 A RU2007126668 A RU 2007126668A RU 2340854 C1 RU2340854 C1 RU 2340854C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drying
- moisture content
- product
- speed
- period
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Solid Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам определения длительности сушки продуктов, содержащих свободную и связанную влагу, и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Способ определения длительности сушки продуктов, содержащих свободную и связанную влагу, при смене режима сушки заключается в том, что в начале берут опытную партию данного продукта, подвергают ее сушке в используемом сушильном аппарате при одном из возможных режимов сушки, на основании чего ориентировочно определяют период постоянной скорости и строят кривую сушки, по которой определяют эквивалентное влагосодержание, соответствующее количеству удаляемой в процессе сушки влаги, затем подвергают сушке очередную партию продукта, режим сушки которой может отличаться от режима сушки опытной партии, в процессе сушки этой партии продукта определяют методом наименьших квадратов максимальную скорость процесса, соответствующую периоду постоянной скорости сушки, на основании трех или четырех измерений влагосодержания продукта на начальной стадии сушки, а длительность конвективной сушки определяют по расчетной зависимости. Способ позволяет сократить количество анализов влагосодержания продукта в процессе сушки и повысить точность определения длительности сушки продуктов. 2 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к способам определения длительности сушки продуктов, содержащих свободную и связанную влагу, и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения длительности сушки продуктов (Сборник технологических инструкций по овощесушильному производству. - Мичуринск: Роспотребсоюз, 1978 - с.101-102 - 118 с.), заключающийся в периодическом контроле влагосодержания продукта в процессе сушки путем отбора проб продукта на выходе из сушилки и в установлении на основании результатов этого анализа необходимости продолжения сушки или ее прекращения.
Однако известный способ является длительным и трудоемким; позволяет приближенно определить длительность сушки. При таком способе сушка прекращается, как правило, при снижении влагосодержания ниже требуемого стандартом значения, что приводит к дополнительным энергетическим затратам.
Технической задачей изобретения является сокращение количества анализов влагосодержания продукта в процессе сушки, повышение точности определения длительности сушки продуктов.
Техническая задача изобретения достигается тем, что в способе определения продолжительности сушки продуктов, содержащих свободную и связанную влагу, при смене режима сушки, заключающегося в периодическом измерении влагосодержания продукта в процессе сушки, сравнении результатов измерения с требуемой конечной влажностью продукта и определении на этой основе продолжительности сушки, новым является то, что предварительно проводят сушку продукта при определенном режиме, характеризующемся значением температуры, относительной влажности и скорости движения сушильного агента, периодически проводят измерения влагосодержания продукта в процессе сушки с целью установления графической зависимости влагосодержания продукта во времени, на основании которой определяют общее эквивалентное влагосодержание продукта, соответствующее интервалу удаления влаги от начального до конечного влагосодержания, максимальную скорость процесса и продолжительность периода постоянной скорости; при смене режима сушки проводят три или четыре измерения влагосодержания продукта в периоде постоянной скорости сушки, определяют методом наименьших квадратов максимальную скорость процесса по результатам этих измерений, а длительность сушки при смене режима сушки определяют по расчетной зависимости
где τ - продолжительность сушки, с; Wэкв - общее эквивалентное влагосодержание продукта, кг/кг; Nmax - максимальная скорость процесса сушки, с-1.
Технический результат заключается в сокращение количества анализов влагосодержания продукта в процессе сушки, а использование математических методов обработки экспериментальных данных и возможность прогнозирования длительности процесса по результатам анализа его начальной стадии повышают точность определения длительности процесса сушки продуктов.
На фиг.1 приведены кривые сушки прессованной бумаги, на фиг.2 - кривые сушки свекловичной обессахаренной стружки.
Способ заключается в том, что предварительно проводится сушка продукта при определенном режиме, характеризующемся значением температуры, относительной влажности и скорости движения сушильного агента, в процессе которой периодически проводятся измерения влагосодержания продукта с целью установления графической зависимости влагосодержания продукта во времени, на основании которой определяют количество общего эквивалентного влагосодержания по методу, изложенному в патенте RU № 2230311 «Способ определения прочности связи влаги с веществом», Арапов В.М., Казарцев Д.А., Арапов М.В.; Опубл. 10.06.04, Бюл. № 16. Покажем, что величина общего эквивалентного влагосодержания является величиной постоянной при удалении влаги от фиксированных значений начального и конечного влагосодержания и не зависит от режимов сушки. Применим для описания кинетики сушки законы химической кинетики. На основании этого определим скорость процесса сушки в общем виде уравнением:
где U, Uн, Up - соответственно текущее, начальное и равновесное влагосодержание материала, кг/кг; τ - продолжительность сушки, с; n - коэффициент, называемый порядком реакции; А - коэффициент, с-1; R - универсальная газовая постоянная, Дж/(кг·К); Т - абсолютная температура тела, K; Е - энергия активации, Дж/кг.
Анализ обширного экспериментального материала по сушке различных материалов (Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. Сажин Б.С. Основы техники сушки. М.: Химия, 1984. - 320 с.) показал, что в первом периоде сушки, когда скорость процесса постоянна, температура материала равна температуре "мокрого" термометра Тм(К), n=0. В первом периоде сушки удаляется преимущественно свободная (слабосвязанная) влага, поэтому энергией связи можно пренебречь и энергию активации молекул принять равной теплоте парообразования r. Тогда скорость сушки в первом периоде N1(c-1) описывается уравнением
Во втором периоде сушки удаляется связанная влага, энергию активации вычисляем по уравнению
где [φ(U,T)] - уравнение кривой десорбции высушиваемого материала;
Есв - энергия связи влаги с материалом, вычисленная по уравнению Ребиндера, Дж/кг.
Скорость второго периода сушки
где N2(U) - скорость второго периода сушки, с-1.
Температура материала, начиная с критического влагосодержания, повышается, постепенно достигая температуры осушающего газа Тc (по "сухому" термометру при Up). Ее можно найти по температурной зависимости Т=f(U), которая во втором периоде сушки имеет вид плавной кривой. Интенсивность нагрева материала при высушивании обычно оценивают относительным температурным коэффициентом сушки (Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. - С.471).
Температурный коэффициент сушки В можно представить степенной функцией влагосодержания. Представим эту зависимость уравнением
где а и m - эмпирические коэффициенты;
Uкр - критическое влагосодержание, кг/кг.
Показатель степени m не зависит от режима сушки и определяется природой вещества. После интегрирования уравнения (6) получаем
Постоянную интегрирования и эмпирический коэффициент «а» находим при условии, что равновесному влагосодержанию материала соответствует его температура Тc, а критическому - Тм. Тогда температура материала определяется по уравнению:
где
Тс - температура осушающего газа на входе в аппарат, К. На основании уравнений (5) и (8) можно доказать решающее влияние начальной скорости на весь последующий процесс сушки. Преобразуем показатель экспоненты в уравнении (5)
где
Тогда уравнение скорости сушки во втором периоде после преобразований с учетом уравнения (3) приобретает вид
Полученные кинетические уравнения позволяют рассчитать продолжительность сушки τ, которая суммируется из продолжительности первого τ1 и второго τ2 периодов:
где Uк - конечное влагосодержание вещества, кг/кг.
Анализ уравнений (11) и (12) показывает, что:
При установлении физического смысла переменной W исходим из следующих положений. Единицами измерения величин W1, W2, Wоб является влагосодержание. Поэтому N1τ соответствует количеству влаги, отнесенной к абсолютно сухой массе и удаляемой из материала в течение всего периода сушки до Uк при условии, что сушка протекает с постоянной скоростью. В действительности скорость сушки во втором периоде с понижением влагосодержания материала непрерывно уменьшается. Это происходит в соответствии с возрастанием энергии связи влаги с материалом и уменьшением теплового потока, передаваемого конвекцией от осушающего газа материалу. Во втором периоде сушки удаляются водные фракции с различной энергией связи. Количество водных фракций и содержащейся в них воды определяется природой вещества и является важнейшей характеристикой материала как объекта сушки. Поэтому параметр Wоб можно определить как общее эквивалентное влагосодержание материала; W1, W2, - эквивалентное влагосодержание первого W1=Uн-Uкр и второго периодов сушки соответственно; W2 - переменная величина, зависящая от конечного влагосодержания материала.
Как видно из определения, эквивалентная влага удаляется с постоянной (максимальной) скоростью первого периода при данном режиме сушки. Эквивалентное влагосодержание - это количество эквивалентной влаги в материале, отнесенное к сухой массе, для удаления которой требуется такое же время, что и для удаления до Uк, действительного полифракционного состава влаги из этого материала при данном режиме сушки.
Существующее понятие влагосодержания количественно оценивает содержание влаги в материале, эквивалентное влагосодержание является количественно-качественной оценкой содержания влаги.
Методику экспериментального определения эквивалентного влагосодержания рассмотрим на примере сушки фильтровальной бумаги (Филоненко Г.К. Сушильные установки. / Г.К.Филоненко, П.Д.Лебедев. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1952). На фиг.1 приведены кривые сушки прессованной бумаги, полученные экспериментальным путем при режимах сушки, указанных в таблице 1. Строим на графике кривых сушки прессованной бумаги шкалу эквивалентного влагосодержания - W, которая проводится параллельно оси влагосодержания U. Принимаем на оси W начало отсчета (нулевая точка) - на уровне, соответствующем начальному влагосодержанию Uн; масштаб, равный масштабу оси U; направление оси - сверху вниз, т.е. противоположное оси U. Из точки Uн на кривой сушки проводим касательную к графику функции U=f(τ), тангенс угла наклона которой определяет максимальную скорость процесса (скорость первого периода сушки). Определяем длительность сушки прессованной бумаги в опыте №1 по точке пересечения горизонтальной прямой Uк=const с кривой сушки № 1. В рассматриваемых примерах за Uк принято Uк=0,1 кг/кг. Из полученной точки на кривой сушки проводим прямую линию, параллельную оси W, до пересечения с ранее проведенной касательной в точке Uн к U=f(τ). Пересечение этих прямых определяет величину общего эквивалентного влагосодержания. В опыте №1 общее эквивалентное влагосодержание при сушке прессованной бумаги от Uн=1,50 кг/кг до Uк=0,1 кг/кг составляет Wоб=2,55 кг/кг. Аналогично определяем общее эквивалентное влагосодержание прессованной бумаги при остальных режимах сушки.
Из этого примера видно, что общее эквивалентное влагосодержание в диапазоне влагосодержания прессованной бумаги от Uн до Uк есть величина постоянная и не зависит от режима сушки.
Максимальную скорость процесса можно определять на основании измерения влагосодержания продукта на начальной стадии процесса, соответствующей периоду постоянной скорости сушки. Если провести n измерений, то, используя метод наименьших квадратов, максимальную скорость процесса сушки Nmax определим по расчетной зависимости:
где n - количество проведенных измерений; Ui - влагосодержание продукта на начальной стадии сушки в момент времени τi, кг/кг.
Затем, учитывая полученное значение максимальной скорости сушки, находим длительность конвективной сушки по расчетной зависимости (1).
Графическая иллюстрация предлагаемого способа приведена на фиг.2, кривая 4 сушки свекловичной обессахаренной стружки (Кретов Т.И. Влияние температуры сушильного агента на процесс сушки пищевых волокон. /И.Т.Кретов, Ю.В.Ряховский, Л.Н.Шахбулатова // Модернизация существующего и разработка новых видов оборудования для пищевой промышленности: Сб. науч. тр. - Воронеж: Воронеж, гос. технол. акад., 1998. - Вып.8. - С.21-22), экспериментальные данные которой приведены в таблице 2. На начальной стадии процесса, когда скорость сушки является максимальной и постоянной, проводим 4 измерения влагосодержания продукта, например точки А, В, С, D, и наносим их на график. Кривая сушки, определяющая максимальную и постоянную скорость процесса, графически представляет собой прямой луч l. Если действительное количество влаги в продукте заменить эквивалентной влагой, то она будет испаряться с максимальной скоростью и тогда кривая сушки при удалении эквивалентной влаги представляет собой прямой луч. Процесс сушки заканчивается, когда из продукта удалится вся эквивалентная влага. Графически этот момент характеризуется точкой пересечения прямой с горизонтальной прямой W=const и соответствующим временем сушки τ, определяемой по оси времени.
Определим значения максимальной скорости процесса и его продолжительности для кривой 1:
Определим значения максимальной скорости процесса и его продолжительности для кривой 2:
Определим значения максимальной скорости процесса и его продолжительности для кривой 3:
Определим значения максимальной скорости процесса и его продолжительности для кривой 4:
Определим значения максимальной скорости процесса и его продолжительности для кривой 5:
Полученные при расчете значения продолжительности процесса сушки τрасч близки к полученным экспериментальным путем.
Преимущества описанного способа перед известным заключаются в сокращении количества анализов влагосодержания продукта в процессе сушки, а использование математических методов обработки экспериментальных данных и возможность прогнозирования длительности процесса по результатам анализа его начальной стадии повышает точность определения длительности процесса сушки продуктов.
Полученная информация может быть использована для определения продолжительности процесса сушки и возможного регулирования сушки на начальной стадии процесса.
Таблица 1
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Тс, К | 364,0 | 351,6 | 343,0 | 332,6 | 334,0 |
| Тм, К | 314,2 | 311,6 | 311,2 | 306,4 | 304,6 |
| Таблица 2 | |||||
| Время, мин | Влагосодержание продукта, % при температуре сушильного агента | ||||
| t=50°C | t=60°C | t=70°C | t=80°C | t=90°C | |
| 0 | 610 | 610 | 610 | (A) 610 | 610 |
| 5 | 560,5 | 550,1 | 534,2 | (В) 515,2 | 496,5 |
| 10 | 510,04 | 489,6 | 457,4 | (С) 419,4 | 381,1 |
| 15 | 461,03 | 430 | 381,8 | (D) 324,7 | 267,5 |
| 20 | 412,1 | 370,8 | 306,9 | 231,2 | 153,1 |
| 25 | 362,6 | 310,9 | 231,2 | 165 | 90 |
| 30 | 310 | 254 | 175 | 110 | 46 |
| 35 | 254 | 210 | 140 | 76 | 25 |
| 40 | 220 | 180 | 110 | 50 | 10 |
| 45 | 190 | 150 | 90 | 30 | 5 |
| 50 | 160 | 120 | 68 | 15 | 0 |
| 55 | 134 | 94 | 50 | 5 | |
| 60 | 114 | 76 | 36 | 0 | |
| 65 | 100 | 60 | 20 | ||
| 70 | 80 | 43 | 6 | ||
| 75 | 65 | 28 | 0 | ||
| 80 | 56 | 18 | 0 | ||
| 85 | 45 | 10 | |||
| 90 | 40 | 5 | |||
| 95 | 30 | 0 | |||
| 100 | 20 | 0 | |||
| 105 | 10 | ||||
| 110 | 5 | ||||
| 115 | 0 | ||||
| 120 | 0 | ||||
Claims (1)
- Способ определения продолжительности сушки продуктов, содержащих свободную и связанную влагу, при смене режима сушки, заключающийся в периодическом измерении влагосодержания продукта в процессе сушки, сравнении результатов измерения с требуемой конечной влажностью продукта и определении на этой основе продолжительности сушки, отличающийся тем, что предварительно проводят сушку продукта при определенном режиме, характеризующемся значением температуры, относительной влажности и скорости движения сушильного агента, периодически проводят измерения влагосодержания продукта в процессе сушки с целью установления графической зависимости влагосодержания продукта во времени, на основании которой определяют общее эквивалентное влагосодержание продукта, соответствующее интервалу удаления влаги от начального до конечного влагосодержания, максимальную скорость процесса и продолжительность периода постоянной скорости; при смене режима сушки проводят три или четыре измерения влагосодержания продукта в периоде постоянной скорости сушки, определяют методом наименьших квадратов максимальную скорость процесса по результатам этих измерений, а длительность сушки при смене режима сушки определяют по расчетной зависимости,
где τ - продолжительность сушки, с;Wэкв - общее эквивалентное влагосодержание продукта, кг/кг;Nmax - максимальная скорость первого периода сушки, с-1, определяемая методом наименьших квадратов на основании трех или четырех измерений влагосодержания продукта на начальной стадии сушки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007126668/06A RU2340854C1 (ru) | 2007-07-12 | 2007-07-12 | Способ определения длительности сушки продуктов, содержащих свободную и связанную влагу, при смене режима сушки |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007126668/06A RU2340854C1 (ru) | 2007-07-12 | 2007-07-12 | Способ определения длительности сушки продуктов, содержащих свободную и связанную влагу, при смене режима сушки |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2340854C1 true RU2340854C1 (ru) | 2008-12-10 |
Family
ID=40194422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007126668/06A RU2340854C1 (ru) | 2007-07-12 | 2007-07-12 | Способ определения длительности сушки продуктов, содержащих свободную и связанную влагу, при смене режима сушки |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2340854C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2568759C1 (ru) * | 2014-07-22 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный университет инженерных технологий (ФГБОУ ВПО ВГУИТ) | Способ прогнозирования максимальной скорости конвективной сушки мелкодисперсного материала, содержащего свободную и связанную влагу, при любом температурном режиме |
-
2007
- 2007-07-12 RU RU2007126668/06A patent/RU2340854C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2568759C1 (ru) * | 2014-07-22 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный университет инженерных технологий (ФГБОУ ВПО ВГУИТ) | Способ прогнозирования максимальной скорости конвективной сушки мелкодисперсного материала, содержащего свободную и связанную влагу, при любом температурном режиме |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fernando et al. | Dependence of the effective diffusion coefficient of moisture with thickness and temperature in convective drying of sliced materials. A study on slices of banana, cassava and pumpkin | |
| Altieri et al. | Horizontal centrifuge with screw conveyor (decanter): optimization of oil/water levels and differential speed during olive oil extraction | |
| Souraki et al. | Axial and radial moisture diffusivity in cylindrical fresh green beans in a fluidized bed dryer with energy carrier: Modeling with and without shrinkage | |
| Giovenzana et al. | Use of visible and near infrared spectroscopy with a view to on-line evaluation of oil content during olive processing | |
| CN101393099A (zh) | 烟草含水率连续测量的方法及其装置 | |
| Mariem et al. | Drying characteristics of tomato slices and mathematical modeling | |
| Bachmann et al. | Analysis of residence time distribution data in horizontal fluidized beds | |
| CN105675526A (zh) | 用于检测造纸法再造烟叶产品涂布率的方法和装置 | |
| RU2340854C1 (ru) | Способ определения длительности сушки продуктов, содержащих свободную и связанную влагу, при смене режима сушки | |
| Roberge et al. | Infrared process monitoring of conjugated linoleic acid/styrene/butyl acrylate bulk and emulsion terpolymerization | |
| Pandharipande et al. | Modeling of osmotic dehydration kinetics of banana slices using artificial neural network | |
| RU2492398C1 (ru) | Способ прогнозирования температуры мелкодисперсного материала, содержащего свободную и связанную влагу, в процессе конвективной сушки | |
| US11300518B2 (en) | Method for determining a degree of polymerisation of a polymer | |
| JP5369032B2 (ja) | 含有成分量推定方法、評価値推定方法、及びこれら方法を実行するためのプログラム | |
| Argyropoulos et al. | NARX neural network modelling of mushroom dynamic vapour sorption kinetics | |
| Sova et al. | Application of response surface methodology to optimization of wood drying conditions in a pilot-scale kiln | |
| Pérez-Peña et al. | Hygromechanical strains during the drying of Eucalyptus nitens boards | |
| Simeonov et al. | MODELING AND KINETICS STUDY OF SOLID-LIQUID EXTRACTION FROM LEAVES OF NICOTIANA TABACUM L. | |
| RU2230311C1 (ru) | Способ определения прочности связи влаги с веществом | |
| Baranski et al. | The change of mechanical properties of selected wood species after drying process under various conditions | |
| Youngman et al. | Use of combined constant rate and diffusion model to simulate kiln-drying of Pinus radiata timber | |
| Blahovec et al. | Temperature stimulated changes in potato and bean sprouts | |
| Mis et al. | Influence of wheat N-fertilization and grain moistening on the physical properties of wet gluten | |
| Konopka et al. | The influence of high temperature wood drying conditions using air-steam mixture on its properties | |
| Tamborrino et al. | Numerical modeling of the rheological characteristic of olive paste under different conditioning treatments: traditional malaxation, high-frequency ultrasound and microwave |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090713 |