Кривые сушки. Скорость сушки

Процесс сушки характеризуется изменением влажности, температуры материала и скоростью сушки. Средней скоростью сушки Z называется масса влаги, испаряемой с 1 м² поверхности сушимого материала за час, и определяется по формулам:

, кг/м²·ч (5.4)
или , кг/кг· ч, (5.5)

где W – общая масса испаренной влаги, кг;

Q – масса сухого продукта, кг;

F – площадь поверхности сушимого материала, м²;

t – продолжительность процесса сушки, ч.

Продолжительность процесса сушки можно выразить через скорость сушки

. (5.6)

Скорость сушки – величина, изменяющаяся неравномерно во времени в течение всего процесса. Изменение скорости сушки характеризуется кривой сушки – зависимостью изменения влажности материала от времени при определенных постоянных (температуре, скорости движения потока агента сушки, относительной влажности его при входе в сушилку).

На кривых сушки (рис. 5.3) выделяют несколько участков, соответствующих трем периодам сушки: первый период нагрева материала; второй период сушки с постоянной скоростью; третий период сушки с уменьшающейся скоростью.

В первый период (участок кривой AB, рис. 5.3, а) тепло расходуется на нагрев сушимого материала, пока не установится равновесие между количеством тепла, сообщаемым материалу, и количеством тепла, расходуемым на испарение влаги. Температура материала при этом возрастает до определенного значения (рис. 5.3, б), влажность материала снижается незначительно (см. рис. 5.3, а). Скорость сушки возрастает до максимального значения (рис. 5.3, в).

Во второй период сушки с постоянной скоростью (участок кривой B₁C₁, см. рис. 5.3, в) испарение влаги происходит со свободной поверхности. Влага из внутренних слоев сушимого материала непрерывно поступает к поверхности и заменяет испарившуюся влагу. Влажность материала интенсивно уменьшается по прямолинейному закону (участок BC, см. рис. 5.3, а). Второй период заканчивается при влажности, называемой критической W_кр. В этот период температура материала при сушке остается постоянной (см. рис. 5.3, в).

В третий период сушки с падающей скоростью (участок кривой C₁B₁, см. рис. 5.3, в) скорость поступления влаги из внутренних слоев недостаточна для насыщения поверхности влагой, поэтому скорость сушки постепенно снижается и при равновесной влажности материала W_р становится равной нулю. При этом испарение влаги прекращается. В этот период влажность материала уменьшается незначительно (участок CD, см. рис. 5.3, а). Температура материала увеличивается, приближаясь к температуре окружающего газа (см. рис. 5.3, в). В этот период сушки скорость ее зависит от толщины слоя материала и его влагосодержания и определяется скоростью внутренней диффузии влаги из внутренних слоев к поверхности материала. Скорость движения агента сушки и его влажность не влияют на скорость сушки.

Рис. 5.3 Кривые сушки:
а – зависимость влажности продукта от времени высушивания; б – зависимость температуры материала от времени сушки; в – зависимость скорости сушки от влажности

При конвективной сушке газами высокой температуры и интенсивном перемешивании материала испарение протекает без резкого разделения на периоды. Это усложняет определение скорости и продолжительности сушки. Поэтому для расчета рабочего объема сушилок используют напряжение объема сушилки по влаге А, кг/м³·ч.

Напряжение объема барабана по испаряемой влаге или влагонапряжение – это масса испаряемой влаги с единицы объема сушильного барабана в единицу времени

, (5.7)

где W – масса испаряемой влаги, кг;

V – объем сушилки, м³;

t – продолжительность сушки, ч.

Влагонапряжение сушильных аппаратов зависит от физических свойств сушимого материала, влажности и размера частиц, степени заполнения сушилок материалом, конструкции сушилок, а также температуры, влажности и скорости движения агента сушки в аппарате.