Швидкість і періоди сушіння

Швидкість сушіння визначається з метою розрахунку тривалості сушіння.

Процес сушіння протікає зі швидкістю, що залежить від форми зв'язку вологи з матеріалом і механізму переміщення в ньому вологи.

Кінетика сушіння характеризується зміною в часі середньої вологості матеріалу, віднесеної до кількості абсолютно сухого матеріалу w^{с .} Залежність між вологістю w^с матеріалу і часом τ зображується кривого сушіння, що будують по дослідним даним.

У загальному випадку крива сушіння складається з декількох ділянок, що відповідають різним періодам сушіння (Рис.17).

Після невеликого проміжку часу, періоду нагрівання матеріалу, протягом якого вологість знижується незначно (по кривої АВ), настає період постійної швидкості сушіння (I період). При цьому вологість матеріалу інтенсивно зменшується по прямолінійному закону (ВС).

Таке зменшення вологості спостерігається до досягнення першої критичної вологості w^с_кр1, після чого починається період падаючої швидкості сушіння (II період). У цьому періоді зменшення вологості матеріалу виражається деякою кривою (крива СЕ), що у загальному випадку складається з двох ділянок різної кривизни (відрізки СД і ДЕ). Точка перегину Д відповідає другій критичній вологості w^с_кр2. Наприкінці другого періоду сушіння вологість матеріалу асимптотично наближається до рівноважного. Досягнення рівноважної вологості w_р означає повне припинення подальшого випару вологи з матеріалу (крапка К).

Швидкість сушіння визначається зменшенням вологості матеріалу dw^c за деякий нескінченно малий проміжок часу dt, тобто виражається відношенням:

                                                                                           (129)

Вологість матеріалу w^c звичайно виражається в %, хоча за змістом вона повинна виражатися в кг/кг (тобто кг вологи на кг сухого матеріалу). Тому швидкість сушіння виражається в сек^-1 чи год^-1, у залежності від того, у яких одиницях виміряється час сушіння.    

Швидкість сушіння може бути визначена за допомогою кривої сушіння шляхом графічного диференціювання. Для матеріалу даної вологості швидкість сушіння буде виражатися тангенсом кута нахилу дотичної, проведеної до крапки кривої, що відповідає вологості матеріалу. Зокрема, для I періоду швидкість сушіння буде відповідати tga=const.

У кожнім конкретному випадку вигляд функції w^c= f(t) може відрізнятися від раніше приведеного на рис. 3.12. у залежності від форми і структури матеріалу, а також виду зв'язку вологи. Дані про швидкість сушіння, отримані за допомогою кривої сушіння, зображуються у вигляді кривої швидкості сушіння, що будують у координатах швидкість сушіння - вологість матеріалу v=f(ω^с)

(Рис. 3.9.).

                        Рис. 3.12. Крива сушіння матеріалу

                        Рис. 3.13. Крива швидкості сушіння

На рис.3.9. показана крива швидкості сушіння відповідна кривій сушіння на рис. 3.12. Горизонтальний відрізок ВС відповідає періоду постійної швидкості

(I період), а відрізок СЕ - період падаючої швидкості (II період). У перший період відбувається інтенсивний поверхневий випар вільної вологи. У точці С (при першій критичній вологості w^c _кр1) вологість на поверхні матеріалу стає рівною гігроскопічній. З цього моменту починається випар зв'язаної вологи. Точка Д (друга критична вологість) відповідає досягненню рівноважної вологості на поверхні матеріалу (усередині матеріалу вологість перевищує рівноважну). Починаючи з цього моменту й аж до встановлення рівноважної вологості по всій товщині матеріалу, швидкість сушіння визначається швидкістю внутрішньої дифузії вологи з глибини матеріалу до його поверхні. Одночасно унаслідок висихання все менша поверхня матеріалу залишається доступної для випару вологи в навколишнє середовище і швидкість сушіння падає непропорційно зменшенню вологості w^c матеріалу.

3.10. Зміна температури матеріалу в процесі сушіння

Для аналізу процесу сушіння, крім кривої швидкості, важливо знати також характер зміни температури матеріалу θ у залежності від його вологості w, тому що зі зміною θ можуть змінюватися властивості матеріалу.

За короткочасний період прогріву матеріалу його температура швидко підвищується і досягає постійної величини - температури мокрого термометра t_м. У період постійної швидкості сушіння (I період) усе тепло, яке підводиться до матеріалу, витрачається на інтенсивний поверхневий випар вологи і температура матеріалу залишається постійною, рівній температурі випару рідини з вільної поверхні (θ=t_м). У період падаючої швидкості (II період) випар вологи з поверхні матеріалу сповільнюється і його температура починає підвищуватися (θ>t_м). Коли вологість матеріалу зменшується до рівноважної і швидкість випару вологи падає до нуля, температура матеріалу досягає найбільшого значення - стає рівній температурі навколишнього середовища (θ=t_в).