Тепловий баланс сушіння

Тепло, що підводиться до сушарки, витрачається наступним чином:

Q = Q_ух. + Q_вип. + Q_м + Q_тр. + Q_вт.,

де Q_ух. – втрати тепла з сушильним агентом, що уходить;

Q_вип. – втрата тепла на випаровування вологи з матеріалу;

Q_м – втрати тепла на нагрівання висушеного матеріалу;

Q_тр. – втрати тепла на нагрівання транспортного обладнання;

Q_вт. – втрати тепла в довкілля.

Схеми сушарок

Основним, або простим, процесом сушіння повітрям називають найбільш розповсюджений сушильний процес, при якому повітря нагрівається лише один раз в підігрівачі перед сушаркою і одноразово проходить через сушарку.

Для сушіння застосовують суміш паливних газів та повітря, причому гази, які отримали в топці, розбавляють повітрям для зниження їх температури до максимально припустимої при сушінні даного матеріалу. За властивостями (густина, теплоємність та інше) паливні гази наближенні до повітря і відрізняються від нього лише більшою воломісткістю. В багатьох випадках сушіння проводиться з використанням відхідних газів промислових пічок, котельних та інших установок.

Сушіння паливними газами має переваги перед сушінням повітря, зокрема більше здатність паливних газів до вологого поглинання та менша витрата палива, простота установки. Але разом з тим при сушінні паливними газами можливе забруднення матеріалу, який висушують, та вплив на нього сірчистих сполук, які містяться в газі.

Кінетика сушіння

Для розрахунку сушарок необхідно знати швидкість сушіння, яка визначається кількістю вологи W, що випаровується з одиниці поверхні F висушеного матеріалу за одиницю часу, тобто швидкість сушіння визначається:

кг/м²сек,

де U – швидкість сушіння;

τ – час сушіння.

Знаючи швидкість сушіння, визначають тривалість періодичного процесу сушіння або поверхню матеріалу, що висушують, при сушінні безперервним засобом та встановлюють габаритні розміри сушильних апаратів. Швидкість сушіння, як масообмінного процесу, відповідає основному рівнянню масопередачі:

= К Δ_сер.

де К– коефіцієнт масопередачі;

Δ_сер. – середня рушійна сила процесу.

Рушійна сила процесу сушіння визначається різницею тисків парів вологи у поверхні матеріалу р_м і парціального тиску парів в повітрі р_п.

Розрізняють два періоди сушіння: період постійної швидкості і період палаючої швидкості процесу.

Протягом першого періоду волога випаровується з усієї поверхні вологого матеріалу таким чином, як би вона випаровувалася з дзеркала випаровування будь-якого об’єму рідини. В цьому періоді швидкість сушіння постійна і визначається лише швидкістю зовнішньої дифузії, тобто дифузії парів вологи з поверхні матеріалу в довкілля.

В другому періоді швидкість сушіння визначається внутрішньою дифузією – переміщенням вологи із знутри матеріалу до його поверхні. З початку другого періоду поверхня підсохлого матеріалу починає вкриватися коркою і поверхня випаровування вологи постійно зменшується, що призводить до збільшення опору внутрішньої дифузії і до безперервного зменшення швидкості сушіння.