33.Тепломасообмін у процесі сушіння й методи його інтенсифікації

Інтенсивність процесу сушіння залежить від умов переносу теплоти й маси усередині тіла й на границі тіла з навколишнім середовищем. У режимі, що встановився, постійної швидкості сушіння відбувається випаровуванням вологи з поверхні матеріалу й дифузія її в навколишнє середовище. У цьому періоді інтенсивність випару вологи ( тобто маса вологи, що випаровується з одиниці поверхні в одиницю часу) може бути визначена по формулі Дальтона для випаровування води з вільної поверхні (кг/(м² с))

Між інтенсивністю випару (q [Вт/м²] ) і конвективним тепловим потоком існує залежність

При адіабатних умовах інтенсивність випару рідини з вільної поверхні може бути визначена також по вираженню

Тут різниця температур ( ) називається потенціалами сушіння.

Якщо теплота для випару вологи підводить конвективно, а температура матеріалу постійна, то інтенсивність випару I_п прямо пропорційна щільності

потоку теплоти на поверхні тіла:

Д ля періоду постійної швидкості по формулі (33.5) можна визначити швидкість конвективної сушки за допомогою формул Дальтона або Ньютона.Коефіцієнт вологообміну залежить від швидкості повітря, форми й розміру поверхні випару, температури й, інших факторів. Для узагальнення експериментальних даних по цій залежності користуються теорією подоби.У процесі сушки відбувається переміщення вологи усередині матеріалу, паротворення, і перенос вологи з поверхні матеріалу в навколишнє середовище. При цьому утворюється градієнт вологовмістів між шарами матеріалу, внаслідок чого виникає обумовлене дифузією рух вологи від області з більшим вологовмістом до області з меншим вологовмістом. Це явище називається – вологопровідністю..

У загальному виді перенос вологи усередині матеріалу виражається рівнянням вологопроводності Для розрахунку полів вологовмісту й температури в процесі сушіння при = 0 А. В. Ликов вивів диференціальні рівняння переносу теплоти й маси стосовно до необмеженої пластини (одномірне завдання)

Механізм і інтенсивність переносу вологи в матеріалі залежать від взаємозалежного комплексу процесів порушення зв'язки вологи з матеріалом, дифузії парогазового середовища через капілярно - пористу структуру матеріалу, порушення зв'язків вологи з матеріалом і інших процесів.

Інтенсивність процесу залежить від кількості переданої матеріалу теплоти, що при конвективному сушінню визначається її потенціалом.Підвищення температурного рівня може суттєво прискорити процес максимальне підвищення температури теплоносія до моменту поглиблення зони випару, обумовлене другим критичним вологовмістом, безпечно для матеріалу. При цьому в першому періоді температура матеріалу дорівнює температурі мокрого термометра, а при досягненні другої критичної крапки не досягає температурної межі здатного викликати погіршення якості матеріалу.Збільшити потенціал сушіння можна також зменшенням вологовмісту сушильного агента. Це приводить до зниження температури мокрого термометра й збільшенню різниці парціальних тисків поблизу поверхні матеріалу й у повітрі. Перенос вологи суттєво залежить від температури матеріалу в процесі сушіння. Ця залежність використана приінтенсифікації процесів сушіння високотемпературним высоковологим теплоносієм, що одержали широке поширення в промисловості. При одночаснім значнім підвищенні температури (в 1,5...5 раз) і вологовмісту теплоносія (в 2...10 раз) помітно підвищується температура матеріалу й прискорюється процес переносу вологи в ньому. Це дозволяє віддалити або навіть зовсім уникнути поглиблення зони випару, де температура матеріалу досягає критичної межі.Істотної інтенсифікації процесу сушіння можна добитися при збільшенні поверхні контакту тепломасообменау матеріалу із сушильним агентом. Досягтися можна фільтрацією теплоносія через матеріал. До певного ступеня процес сушіння можна інтенсифікувати застосуванням активних-активних-поверхнево-активних речовин. При цьому зменшується усадка матеріалу.