Общие сведения о процессе сушки материалов

ФОРМЫ СВЯЗИ ВЛАГИ С МАТЕРИАЛОМ

Для осуществления процесса сушки к влажному материалу необходимо подводить теплоту. В зависимости от способа подвода теплоты различают сушильные установки: конвективные, кондуктивные, терморадиационные, электромагнитные, комбинированные (конвективно-радиационные, конвективно-кондуктивно-радиационные и т.д.)

За исключением специальных случаев (сушка в замороженном состоянии, сушка со сбросом давления и т.д.), сушка представляет собой перемещение влаги внутри материала в зону фазового превращения, затем парообразование и удаление пара в окружающую среду. Испарение влаги создает перепад влагосодержания между внутренними и поверхностными слоями в материале, что вызывает непрерывное движение влаги в направлении к поверхности материала и уменьшение его локального и и среднего w^с влагосодержаний.

Во влажном теле существуют изменяющиеся во времени влажная зона и зона испарения. В первой из них распределение влагосодержания и температуры удовлетворительно описывается уравнениями параболы, а во второй оно линейно. У поверхности влажной зоны, где испаряется наибольшее количество влаги, сушильный агент (при конвективной сушке) находится в состоянии насыщения (относительная влажность φ = 1,0). У внешней поверхности зоны испарения парциальное давление паров удаляемой жидкости равно давлению паров в сушильном агенте. Поскольку это давление меньше давления насыщенного пара над свободной поверхностью жидкости, его значение зависит от влагосодержания и температуры материала. Постоянное изменение этих величин во времени обуславливает переменность влагосодержания сушильного агента у поверхности материала. По условиям сушки влагу, содержащуюся в материале, можно разделить на равновесную и удаляемую.

Равновесной влагой называют ту часть общей влаги в материале, которая не может быть удалена при данных условиях сушки. Влагосодержание материала, соответствующее этому количеству влаги, называют равновесным . Количество содержащейся в материале влаги, которая находится в равновесии с насыщенной газообразной средой (φ = 1,0), определяет гигроскопическое влагосодержание . Если влагосодержание материала меньше , то давление пара в материале р_П меньше давления насыщенного пара над свободной поверхностью жидкости р_Н и зависит от влагосодержания и температуры материала. При > р_П = р_Н и зависит только от температуры материала. Эта температура при конвективной сушке соответствует температуре адиабатного испарения жидкости. В определенных условиях температура смоченного термометра соответствует температуре испаряющейся жидкости. Тогда температуру адиабатного испарения можно называть температурой мокрого термометра t_м.

При постоянных параметрах режима конвективной сушки (температура сушильного агента t_с = const, его относительная влажность φ_с = const и скорость w_с = const) в интервале влагосодержаний от начального > до будет сохраняться постоянной не только температура материала, но и плотность потока влаги q_m от его поверхности в окружающую среду. В этом случае вся теплота, подводимая к влажному материалу, расходуется только на испарение влаги, т.е.

q_m = α(t_с –t_м)/r,

где α – коэффициент теплоотдачи от сушильного агента к влажной поверхности материала; t_с и t_м – соответственно температуры сушильного агента и поверхности материала; r – теплота парообразования.

Коэффициент теплоотдачи к влажному телу α, как показывают многочисленные экспериментальные данные, выше, чем коэффициент теплоотдачи к сухому телу. Увеличение коэффициента теплоотдачи можно объяснить гипотезой об объемном испарении, выдвинутой А.В. Лыковым. Согласно этой гипотезе испарение влаги происходит не только внутри или на поверхности сушимого тела, но и в небольшом пространстве над поверхностью тела, куда выносятся субмикроскопические капли влаги, увлекаемые потоком сушильного агента с поверхности тела.

Существующие полуэмпирические и эмпирические зависимости позволяют рассчитывать α, а следовательно, и q_m при удалении влаги в интервале влагосодержаний от до . Однако определение общей продолжительности сушки до требуемого конечного влагосодержания материала , лежащего в интервале ≤< , возможно лишь при известных закономерностях кинетики сушки.