6.1.3. Кинетика

Под кинетикой процесса сушки обычно понимают изменение влагосодержания и температуры воздуха с течением времени. Закономерности кинетики позволяют определить количество влаги W, испаряемой с единицы поверхности F высушиваемого материала за единицу времени τ и продолжительность периодического процесса сушки. Таким образом, скорость сушки представляет собой отношение:

U =	W
	F τ

где U - скорость сушки, кг/м²•с.

Скорость массообменного процесса высыхания материала можно представить уравнением массопере-дачи

U = kF(P_н – P_п)

где k - коэффициент массопередачи; P_н – P_п - разность давления паров влаги у поверхности материала Р_м и парциального давления паров в воздухе Р_п, движущая сила процесса сушки, Н/м².

В большинстве случаев скорость высыхания существенно изменяется в зависимости от влажности материала. В начале процесса влага из толщи материала перемещается к поверхности раздела фаз за счет массопроводности, а затем передается в газовый поток за счет конвективной диффузии. При этом сушка протекает с постоянной и падающей скоростью.

Рис. 6.2. Диаграмма процесса сушки.

Объяснение в теисте.

На рис. 6.2 представлена диаграмма процесса сушки. Отрезок АВ - прогрев влажного материала, температура материала повышается до постоянной, влажность снижается незначительно W_a. Отрезок BK₁ - период постоянной наибольшей скорости процесса, когда удаляется свободная влага. Скорость сушки постоянна и определяется скоростью внешней диффузии. Влага испаряется со всей поверхности материала так же, как с зеркальной поверхности открытого водоема. Температура материала постоянна. Точка K₁ называется первой критической точкой, а влажность материала в этой точке - первой критической влажностью W'_кр, при которой на поверхности материала появляются высушенные участки.

Во второй период скорость удаления влаги определяется внутренним передвижением паров воды - перемещением их изнутри материала к поверхности. С начала второго периода поверхность высушиваемого материала покрывается коркой, поверхность испарения влаги уменьшается, что приводит к уменьшению скорости сушки. В зависимости от структуры высушиваемого материала и толщины его слоя испарения влаги с поверхности в конце второго периода может происходить в глубине материала или прекращаться. Поэтому второй период часто складывается из стадий равномерно и неравномерно падающих скоростей (отрезки К₁К₂, К₂С). Точка К₂ называется второй критической точкой, а соответствующая ей влажность материала - второй критической влажностью W»_кр. К концу второго периода температура материала повышается и достигает температуры окружающей среды, влажность снижается до равновесной W_p, скорость сушки становится равной нулю.

Процесс сушки влажного материала не всегда складывается из двух периодов. В отдельных случаях он укладывается в интервале влажности W_нач - W'_кр, что соответствует только первому периоду, а иногда в интервале W'_кр - W»_кp, т. е. заканчивается этапом равномерно падающей скорости.