Отделение молекулярной сушки пасты нистатина с разработкой процесса самозамораживания продукта, страница 11

В процессе откачки воздуха из сушильной камеры сублиматора изменяется  количество паровоздушной смеси. Вследствие этого падает  как общее давление смеси, так и давление водяного пара. Именно эти параметры и будут определять интенсивность протекания последующих периодов молекулярной сушки.

На первом этапе построения модели рассмотрим математическую модель откачки воздуха из сушильной камеры без учета тепло и массопереноса между воздухом и материалом.

Принципиальная схема организации такого процесса представлена на рис.5.

Рис.5. Схема организации откачки воздуха в одной из камер сублимационной установке: 1 - сушильная камера; 2 - противень с материалом; 3 - греющая плита; 4 - вакуум-коммуникация; 5 - форвакуумный насос.

Математическое описание газодинамической модели откачки воздуха из сублиматоров без учета тепло и массообмена включает в себя следующие уравнения: уравнения состояния газов, записанные для водяного пара и абсолютно сухого воздуха, которые определяют соответствующие давления паров; уравнение Дальтона, позволяющее рассчитать общее давление влажного воздуха; три уравнения материального баланса характеризующие скорость изменения количества  водяного пара, абсолютно сухого и влажного воздуха в сушильной камере, записанных по принципу: скорость накопления =приток – сток.

                                           

где: Р_п, Р_св, Р_вв – давления пара, абсолютно сухого и влажного воздуха в объеме сушильной камеры, Па; V_кам - объем рабочих камер сублиматора, м³; G_п, G_св, G_вв - текущее количество водяного пара, абсолютно сухого и влажного воздуха в камере, кг; r_вв, r_п -  текущее значение плотности влажного воздуха и водяного пара, кг/м³; y_п,  - мольная и массовая доля пара во влажном воздухе соответственно; m_п , m_в , m_вв – молекулярные массы пара, абсолютно сухого и влажного воздуха, кг/кмоль.

Мольная доля водяного пара:

                                                                                                                    (22)

Массовая доля водяного пара:

                                                                                       (23)

Молекулярная масса влажного воздуха:

                                                                                      (24)

Плотность влажного воздуха

                                                               (25)

Поскольку давления паров величины переменные во времени продифференцируем уравнения (16)¸(18), полагая, что температура воздуха в период откачки остается постоянной.

                                    

Подставив уравнения (29)¸(30) в правые части выражений (26)¸(27) получим следующую систему уравнений:

                                     

Если парциальное давление паров выражать в мм.рт.ст., то газодинамическую модель процесса откачки воздуха из сублиматора можно представить следующим образом:

                             

Для решения системы уравнений (38)÷(43) их необходимо дополнить начальными условиями:

                                                                                                       (44)

Графическое представление решения выражений (38)÷(43) представлено на рис. 6 и показало, что расчетное время откачки влажного воздуха из сушильной камеры объемом 3,6 м³, необходимое для достижения давления в сублиматоре P=1,5 мм.рт.ст. составляет 180 сек.

Рис.6.Изменение давления влажного воздуха, абсолютно сухого воздуха и водяного пара в процессе их откачки из сушильной камеры вакуум-насосом

ДВН- 500 с объемной производительностью 500 л/с.

2.3.4.Модель откачки влажного воздуха из сушильной камеры с учетом тепло и массопереноса.

Рассмотренная ранее газодинамическая модель не учитывает тепло и массообменные процессы, обусловленные изменением парциального давления водяного пара в процессе откачки. Именно этот параметр  определяет интенсивность испарения влаги из материала и последующий теплообмен между паровоздушной средой и материалом. Следовательно, математическая модель описания процесса откачки должна включать следующие уравнения.