89 Кинетика сушки. Вид кривых влажности, температуры и скорости сушки, характеризующих процесс сушки на модели процесса для высоковлажного материала.

Скорость сушки определяется количеством влаги (кг), удаляемой с 1 м² поверхности в единицу времени

(11.18)

Если известна скорость сушки, то общую продолжительность процесса определяют по уравнению

, (11.19)

где m_c – количество абсолютно сухого вещества в высушиваемом материале;

u_н и u_к – начальное и конечное влагосодержание материала, кг/(кг абс. сух. вещ.).

Использование уравнения (11.19) в инженерных расчетах возможно лишь при условии, что скорость сушки неизменна во времени.

В действительности скорость сушки зависит от природы высушиваемого материала и характера связи влаги с ним; величины удельной поверхности материала; начального и конечного влагосодержания материала; условий обтекания материала сушильным агентом; параметров сушильного агента (t⁰C, x) и его скорости; конструктивных особенностей сушилки и др.

Скорость сушки непрерывно уменьшается по мере высыхания материала. В реальных условиях к тому же параметры сушильного агента не остаются постоянными, а изменяются при взаимодействии с влажным материалом. Поэтому практически использовать теоретические представления о тепло- и массообмене для решения задач промышленной сушки весьма трудно.

В таких случаях обычно используют опытные данные, полученные для каждого конкретного случая.

П ри достаточно мягком режиме сушки, кривые, характеризующие процесс сушки многих твёрдых материалов (влажности 1, температуры 2 и скорости сушки 3), будут иметь вид кривых, показанных на рис 11.1.

Рисунок 11.1 – Типичные кривые влажности (1), температуры (2) и скорости сушки (3) материала

В начале процесса (в период прогрева материала до температуры сушки в течение τ_н) влажность материала W₁ снижается незначительно. В этот промежуток материал прогревается от начальной его температуры t_н до температуры мокрого термометра t_м. Это стадия прогрева, которая продолжается в течение _н, час.

После периода прогрева материала до t = t_м скорость сушки возрастает и к концу периода прогрева достигает максимальной величины. Начинается первый период сушки – период постоянной скорости.

В течение первого периода влага испаряется со всей поверхности влажного материала

так же, как она испаряется с открытой поверхности жидкости, т.е. по линейному закону. Поэтому кривая влажности (1) на этом участке имеет вид прямой.

Скорость сушки (3) на этой стадии будет постоянной (горизонтальный участок кривой 3). Температура материала в это время не изменяется и равна температуре мокрого термометра. В этом периоде скорость сушки определяется лишь скоростью внешней диффузии, т.е. диффузии паров влаги с поверхности материала в окружающую среду.

При некоторой критической влажности W_кр на поверхности материала появляются сухие участки (корка) и поверхность испарения влаги постепенно уменьшается и скорость сушки начинает снижаться.

Поверхность жидкости, а следовательно и фронт испарения, уходят вглубь материала и испаряемая влага диффундирует через высохший материал. Таким образом, во втором периоде скорость сушки определяется внутренней диффузией перемещаемой влаги изнутри материала к его поверхности.

Температура поверхности материала, а вслед за ней и высохших слоев, повышается. Пределом этой стадии является установление равновесного влагосодержания в материале и воздухе. В этом состоянии скорость сушки равна нулю, а температура материала – температуре воздуха.