مقدمه
خشك كردن جامدات يكي
از قديمي ترين و رايج ترين نوع عمليات واحدي است كه در صنايع مختلف از جمله
كشاورزي، سراميك ، شيميايي ، غذائي، داروئي، كاغذ ، چوب ، معدن، پليمر و نساجي
كاربرد دارد اين پديده جزء ناشناخته ترين و پيچيده ترين عمليات واحدي است كه وجود
دارد. چرا كه با توجه به گوناگوني مواد و رفتارشان نكات مبهم و مهمي را به همراه
داشته كه هنوز بعضي از اين نكات روشن نشده اند علاوه بر اين چون مدلسازي و توضيح
رياضي آن بايد همزمان براي هر سه پديده انتقال كه شامل انتقال حرارت ، جرم و
اندازه حركت است (براي بيش از يك فاز) تدوين شود و معادلات مربوطه به دست آيد اين
عمل معمولاّّ بسيار مشكل و پيچيده خواهد بود از اين رو عمليات خشك كردن معمولاّّ
تركيبي از علم و تكنولوژي و هنر در نظر گرفته مي شود و هنر در پديده خشك كردن در
اين است كه بايد بتوان از مشاهدات تجربي و تجربيات فرايندي در طراحي و انتخاب خشك
كن ها استفاده نمود.
تعريف : Drying
Process
معمولا” عمل خشك
كردن به عملياتي گفته مي شود كه درآن يك مايع توسط تبخير از جامد جدا مي شود يعني
ابتدا آن را به بخار تبديل كرده و سپس به راحتي جدا مي كنند.
ولي جداسازي همين رطوبت به روش مكانيكي مثل
فشردن ، سانتريفوژ را نمي توان خشك كردن به حساب آورد البته معمولا” قبل از يك
مرحله خشك كردن يك عمل رطوبت زدايي مكانيكي وجود دارد و اين جداسازي رطوبت توسط
عمليات مكانيكي آسانتر و ارزانتر از استفاده از روش هاي حرارتي است .
در پاره اي موارد به جاي حرارت از اشكال ديگر
انرژي نظير ميدان امواج راديوئي ، فعل و انفعالات شيميايي و ….
جهت تبخير مايع استفاده مي شود مايعي كه در حين خشك كردن تبخير مي شود هميشه آب
نيست امكان دارد از نوع حلالهاي فرار و مواد قابل اشتعال و حتي سمي باشد.
مواد خشك شونده
انواع بسياري از مواد وجود دارند كه بايد خشك
شوند و اغلب اين مواد داراي خواص فيزيكي و شيميايي متنوعي هستند همچنين روشهاي
فراوان و متفاوتي براي خشك كردن اين مواد و رساندن حرارت به آنها وجود دارد طبقه
بندي همه روشهاي خشك كردن موجود كاري بسيار مشكل است.
1- بلورهاي مواد آلي يا معدني و مواد دانه اي
شكل (معمولا” در مخلوطها ) كه غالبا” بزرگتر از يك ميليمتر هستند.( Granules
)
2- مواد جامد متخلخل نظير ذرات لاستيك
مصنوعي( Crumbs )
3- خميرها و موادگلي شكل حاصل از فيلترها و
سانتريفوژها (Sludge )
4- پودرهاي سيالي كه معمولا” كوچكتر از 200
ميكرون بوده و امكان دارد كه در حالت مرطوب بطور نسبي سيال باشند و در حالت خشك
همچون گردو غبارند (Free Flowing Powder )
5- مايعات غليظ يا دوغابها ( Slurries
)
دوغابها بايد بدون جداكردن مواد جامد مرطوب
آن خشك شوند.
6- مايعاتي نظير محلولهاي حاصل از استخراج،
امولسيون ها و تعدادي از محلولهاي ديگر.
در صنعت خشك كن هاي گوناگون موجود است كه
اكثرا” قادرند فقط يك دسته از مواد مرطوب مذكور در بالا را خشك نمايند كه طراح
بايد اين مسئله را در نظر بگيرد.
مكانيزم هاي انتقال حرارت
در خشك كن ها حرارت اكثرا” بصورت جابجايي و
يا هدايت منتقل مي شود در اكثرخشك كن ها بخش كمي از حرارت از طريق تشعشع انتقال مي
يابد.
وسائلي كه براي انتقال حرارت بطريق جابجايي
يا هدايت بكار برده مي شوند بطور طبيعي امكان خارج كردن بخار را فراهم مي آورند در
حاليكه در انتقال حرارت به طريق تشعشع كه نيازي به اين وسائل نيست امكان خارج
نمودن همزمان بخار از سيستم وجود ندارد به اين علت است كه انتقال حرارت تشعشعي در
بيشتر موارد عامل اصلي نيست.
خشك كردن از طريق هدايت با خشك كردن از طريق
جابجايي اندكي تفاوت دارد. در حالت هدايت مواد جامد مرطوب در محفظه اي كه از بيرون
حرارت داده مي شود قرار داده شده و بخارهاي حاصله از سوراخي كه در نظر گرفته شده،
خارج مي شوند. معمولا” فشار محفظه را پائين نگه مي دارند تا نيروي محركه حرارتي
افزايش يابد.
در حالت جابجايي گاز داغ بر روي سطح مواد
جامد مرطوب دميده مي شود و در نتيجه هم منبع حرارتي تأمين مي شود و هم امكان خارج
نمودن بخار فراهم مي گردد.
در مدتيكه عمل خشك كردن در يك خشك كن هدايتي
صورت مي گيرد شدت خشك كردن معمولا” بطور يكنواخت كاهش مي يابد كه ناشي از كاهش
انتقال حرارت از جداره خشك كن به مواد جامد در حال خشك شدن مي باشد،
در خشك كن ها يك ضريب كلي انتقال حرارت از
منبع حرارتي به مواد جامد در حال خشك شدن در نظر مي گيرند.
×فرض: دماي
مواد جامد در حال خشك شدن را مي توان نقطه جوش مايع يا محلول در نظر گرفت.
شدت خشك شدن در يك خشك كن هدايتي به سرعت
انتقال جرم بستگي چنداني ندارد ولي اين موضوع به معناي عدم وابستگي شدت خشك شدن به
خواص ماده نيست.
در حالت انتقال
حرارت از طريق جابجايي كه با حالت هدايت خيلي فرق دارد ضريب انتقال حرارت در مجموع
بالاست و در طول پروسس خشك كردن تغيير زيادي
نمي كند محدوديت شدت
خشك شدن در اين حالت تا حدود زيادي متأثر از ضريب انتقال جرم است .
در اين حالت خشك شدن
در دو مرحله متفاوت صورت مي گيرد.
1. Constant
rate drying
در خشك شدن با شدت
ثابت زمان عمليات بوسيله انتقال حرارت به مواد كنترل مي شود روند آن قابل پيش بيني
بوده و كم و بيش مستقل از كيفيت مواد عمل مي كند.
2. Faling
rate drying
در خشك شدن با شدت
نزولي عمليات بوسيله انتقال جرم محدود شده و به خواص مواد در حال خشك شدن بستگي
دارد و روند آن قابل پيش بيني نيست. در يك خشك كن جابجائي بخش قابل ملاحظه اي از
زمان خشك شدن صرف عمل خشك شدن با شدت نزولي مي شود. نقطه اي كه در آن تغيير از خشك
شدن با شدت ثابت به شدت نزولي صورت مي گيرد رطوبت بحراني ناميده مي شود و تابعي
است از هر دو عامل خشك شدن با شدت ثابت و انتقال جرم.
خشك شدن با شدت ثابت
به شرايط خارجي و شكل هندسي خشك كن بستگي دارد.انتقال جرم به خواص ماده خشك شونده
وابسته است.
عامل اصلي در خشك
شدن انتقال جرم از مواد جامد مرطوب مي باشد كه اين انتقال خود به عواملي از قبيل؛
اندازه ، شكل و حالت ذرات تشكيل دهنده مواد جامد و چگونگي خروج مايعات و بخارها از
منافذ و خلل و فرج داخل مواد جامد و سطح خارجي آنها بستگي دارد.
روشهاي خشك كردن
1-خشك
كردن با استفاده ا زانتقال حرارت جابجايي
در اين
حالت مواد جامد مرطوب بوسيله عبور جريان گاز داغ از لابه لا و يا از روي سطح بستر
مواد خشك مي شوند. گاز داغ هم بعنوان عامل انتقال حرارت از طريق جابجايي و هم
بعنوان خارج كننده بخارات حاصل عمل مي كند اگر گاز داغ در دما و رطوبت ثابت وارد
سيستم گردد ملاحظه مي شود كه پروسس خشك كردن در دو مرحله مجزا صورت مي گيرد در
ابتدا شدت خشك شدن ثابت بوده و سپس در يك مقدار مشخص بتدريج كاهش مي يابد تا وقتي
كه به صفر مي رسد و اين هنگاميست كه مواد كاملا” خشك شده اند به اين مقداررطوبت Critical
moisture constent مي گويند.
برخي
مواقع امكان دارد مقدار رطوبت اوليه كمتر از مقدار رطوبت بحراني باشد در اينصورت
عمل خشك كردن تماما” در مرحله شدت نزولي بوده و در هيچ مرحله اي ثابت نيست.
مرحله
خشك شدن با شدت ثابت در حالتي اتفاق مي افتد كه سطح مواد جامد بوسيله مايع مرطوب
شده و خشك شدن در سطح مواد صورت مي گيرد در اين حالت شدت خشك شدن كلا” توسط شرايط
خارجي كنترل مي شود كه اين شرايط در حالت انتقال كنوكسيوني شامل موارد ذيل هستند :
ü-
دماي گاز خشك كننده
ü-
مقدار رطوبت گاز خشك كننده
ü-
سرعت گاز خشك كننده
در خشك
شدن با شدت نزولي ميزان انتقال مايع به سطح كاهش يافته بطوريكه به عامل تعيين
كننده زمان خشك شدن تبديل مي شود پس تأثير شرايط خارجي كم مي شود و كاهش شديد خشك
شدن صرفا” مربوط به كاهش شدت انتقال مايع به سطح مي باشد.مقدار رطوبت بحراني
بيانگر حد فاصلي است كه در طي آن شدت انتقال مايع به سطح برابر با شدت تبخير از
سطح مي باشد و در محاسبات از مقدار متوسط آن استفاده مي شود.
2-
خشك كردن به طريق انتقال حرارت هدايتي (خشك كردن تماسي)
در اين
روش گرما بصورت هدايتي به جسم در حال خشك شدن انتقال مي يابد اين انتقال گرما مي
تواند توسط جدارهاي يك سيلندر، صفحات داخل يك برج و يا ديواره هاي يك خشك كن باشد.
ميزان
گرماي انتقال يافته به ماده در حال خشك كردن نه تنها به ضريب هدايت حرارتي جداره
خشك كن بستگي دارد بلكه به ضريب انتقال حرارت از جسم در حال خشك شدن به انتقال
دهنده حرارت نيز وابسته است مهمترين موادي كه بعنوان انتقال دهنده استفاده مي شوند
عبارتند از بخار آب، مايعات آلي ، فلزات مايع و ساير ناقلان حرارت.
از آنجا كه همه
حرارت منتقله براي تبخير رطوبت موجود در جامد از داخل لايه ماده جامد در حال خشك
شدن عبور مي كند بنابراين بازده حرارتي در اين روش خيلي بيشتر از خشك كردن
:: برچسب‌ها:
خشك ,
كردن ,
در ,
:: بازدید از این مطلب : 203
|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0
عضو شوید
عضویت سریع
آمار مطالب
آمار بازدید
