Глава 21
СУШКА
Сушкой называется процесс удаления влаги из веществ (обычно твердых тел) путем ее испарения и отвода образующихся паров. Часто тепловой сушке предшествуют механические способы удаления влаги (отстаивание, фильтрование, центрифугирование и др.).
Во всех случаях при сушке в виде пара удаляется легколетучий компонент (вода, органический растворитель и т. д.). Этот процесс применяется обычно или на конечной стадии технологического процесса с целью обеспечения высоких физико-механических характеристик получаемых продуктов, или на промежуточных стадиях, если удаление растворителя необходимо по технологическим соображениям.
По
физической сущности сушка является
процессом совместного тепломассопереноса
и сводится к перераспределению и
перемещению влаги под воздействием
теплоты из глубины высушиваемого
материала к его поверхности и последующему
ее испарению. В процессе сушки влажное
тело стремится к состоянию равновесия
с окружающей парогазовой средой, поэтому
его температура tl,
и
влагосодержание
в общем случае являются функцией времени
(τ) и координат (х,
у, z):
,
(21.1)
.
(21.2)
Под влагосодержанием w° понимают отношение массы влаги W, содержащейся в теле, к массе абсолютно сухого тела Gc:
w°= W/Gс.
В практике используют и понятие влажности w (в связи с тем что обычно удаляется не вся влага):
.
При малых значениях влагосодержания w°«1 величина 1 + w°≈1 и величины w и w° практически не различаются. Зависимостью температуры влажного тела от времени можно пренебречь, если она становится равновесной много быстрее, чем влагосодержание.
Уравнения
(21.1) и (21.2) описывают динамику нагрева и
сушки тела. Их решения (в конкретных
формах) даю т информацию о профилях
температур и влагосодержания. Что
касается кинетики процесса, то она
характеризуется изменением средних по
объему влагосодержаний
и
температур
:
,
(21.3)
.
(21.4)
При этом под интенсивностью сушки понимают ее скорость —d /dτ, которая по мере приближения к состоянию равновесия уменьшается (в дальнейшем знак минус перед производной —d /dτ опускается). Скорость процесса является функцией ряда факторов, и в первую очередь внутренней структуры материала и его тепло-физических свойств, размеров, формы и состояния внешней поверхности.
По способу подвода теплоты различают:
конвективную сушку, проводимую путем непосредственного контакта материала и сушильного агента. Подвод теплоты осуществляется газовой фазой (воздух или смесь воздуха с продуктами сгорания топлива), которая в процессе сушки охлаждается с увеличением своего влагосодержания;
контактную (кондуктивную) сушку, которая реализуется путем передачи теплоты от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;
радиационную сушку - путем передачи теплоты инфракрасным излучением;
сублимационную сушку, при которой влага удаляется из материала в замороженном состоянии (обычно в вакууме);
диэлектрическую сушку, при которой материал высушивается в поле токов высокой частоты.
Следует отметить, что при любом способе организации процесса материал находится в контакте с влажным газом. Поэтому целесообразно рассмотреть физические свойства влажного газа. В большинстве случаев удалению из материала подлежит вода, поэтому обычно рассматривают систему сухой воздух-пары воды.