71Сушка. Влажное состояние мат-ла в процессе сушки. Статика и кинетика процессов сушки.

Сушкой называют термический процесс удаления влаги из твердых -мат-лов путем ее испарения. Про­цесс сушки изделий и мат-лов сопровождается изме­нением объема, которое называют усадкой. За счет уда- ления влаги частицы мат-ла сближаются и размеры мат-ла или изделия уменьшаются. При изменении объема (усадке) мат-л деформируется, возможны коробление и растрескивание изделий. В процессе сушки из мат-ла или изделий удаляют влагу, физико-механически и физико-химически связанную с ним. Следовательно, при сушке нарушаются только связи смачивания, капиллярные, структурные, ос­мотические и адсорбционные. Любой влажный мат-л в процессе сушки рассма­тривают как систему, состоящую из сухого мат-ла и воды. Под сухим мат-лом (только для процессов сушки) понимают абсолютно сухой мат-л вместе с химически связанной влагой. Т.О., массу влажного мат-ла представляют в виде Gвм = Gсм + W, где Gвм - масса влажного мат-ла; Gсм - масса сухого мат-ла; W - масса физико-химически и физико-механически связанной влаги. Все мат-лы, подвергаемые тепловой обработке в произ-ве стр-ных изделий, представляют со­бой неоднородные (гетерогенные) системы, в которых совмещаются три фазы агрегатного состояния. Твердую фазу представляет скелет мат-ла, жидкую - влага и газообразную - воздух, пары воды и газы. Последние являются продуктом химических реакций, проходящих в мат-ле. Дисперсная твердая фаза мат-ла за счет свободной поверхностной энергии обладает большой адсорбционной способностью поглощать влагу. Эта вла­га связывается мат-лом и может им удерживаться. Мат-л представляет собой многокомпонентную систему состоящую из твердого скелета, влаги, воздуха и паров воды. Различают три состояния мат-ла по от­ношению к окружающей среде: влажное, равновесное и гигроскопическое. Под влажным понимают такое, при котором парциальное давление водяных паров на поверх­ности мат-ла выше, чем парциальное давление во­дяных паров в окружающей среде. При этих условиях мат-л отдает влагу. Воздух, окружающий мат-л, ассимилирует влагу мат-ла и постепенно насыщает­ся ею. Равновесное состояние наблюдается при равенст­ве парциальных давлений водяных паров на поверхнос­ти мат-ла и в окружающей среде. В этом случае суш­ки мат-ла не происходит.

Г игроскопическое состояние мат-ла, при котором парциальное давление водяных паров на поверхности мат-ла меньше, чем парциальное давление водяных паров в окружающей среде, нехарактерно и может быть получено только искусственно. В этом случае мат-л начинает сорбировать влагу из окр-щей среды, и он постепенно переходи в равновесное состояние. Поэтому, чтобы по расходовать зря топливо, необходимо знать время наступления равновесного состояния мат-ла.

Кривая распределения влаги в мат-ле: 2х - толщина пластины; U - влагосод-ние; W- направление потока испаряющейся влаги; Uo-влагосод-ние пластины в мо­мент времени ₀; U1 -влагосод-ние пластины в момент вре­мени 1; U - перепад влагосод-ний в момент времени 1. Рассмотрим неограниченную пластину. По оси X отложена ширина пластины 2х, а по оси У-влагосод-ние U. Начальное влаго­сод-ние пластины Uo постоянно по всему поперечному сечению и показано на пластине пунктиром. Пластипа помещена в условия, в которых парциальное дав­ление водяных паров меньше, чем на поверхности мат-ла. С поверхностей пластины, соприкасающихся с ок­ружающей средой, начинается испарение влаги W (пока­зано стрелками); эта влага будет ассимилироваться ок­ружающей средой. Градиент потенциала переноса влаги в пластине в начальный момент при постоянном влагосод-нии от­сутствует, следовательно, влага в пластине мат-ла как бы находится в относительном покое. Испарение вла­ги с поверхностей сопровождается уменьшением их влагосод-ния. Появляется перепад влагосод-нии между центром и поверхностями, показанный на рис. и обозначенный U1. Поэтому к моменту времени 1 влага в мат-ле распределится по параболе U1 . Воз­никший перепад влагосод-нии влечет за собой обра­зование градиента потенциала переноса влаги U, кото­рый заставляет влагу продвигаться к поверхности. По­скольку скорость испарения, как показывает опыт, выше скорости диффузии влаги к поверхности, то как при хра­нении влажного мат-ла, так и при его сушке, обяза­тельно возникает больший или меньший перепад влаго­сод-нии. С увеличением скорости испарения влаги с поверхно­стей мат-ла увеличивается и перепад влагосодержа-ния в мат-ле и, наоборот, уменьшение скорости испа­рения влаги ведет к снижению перепада влагосод-ния. Статика и кинематика процесса сушки Все мат-лы, подвергаемые тепловой обработке в произ-ве стр-ных изделий, представляют со­бой неоднородные (гетерогенные) системы, в которых совмещаются три фазы агрегатного состояния. Твердую фазу представляет скелет мат-ла, жидкую - влага и газообразную - воздух, пары воды и газы. Последние являются продуктом химических реакций, проходящих в мат-ле. Дисперсная твердая фаза мат-ла за счет свободной поверхностной энергии обладает большой адсорбционной способностью поглощать влагу. Эта вла­га связывается мат-лом и может им удерживаться. 2 направления сушки: 1. Статика устан-ет связь между нач-ми и конечными параметрами мат-ла и сушильного агента. В основу положено построение мат-ого и теплового баланса. 1) опред. состав мат-ла 2) расход суш. агента 3) расход тепла:

G_{вл. мат-л} = G_см + W (вл-сть мат-ла) 2. Кинематика устан. Связь между изменением вл-сти мат-ла во времени и параметрами режима пр. сушки. Из кинематики опред. Продол-сть сушки, скорость сушки и режим сушки.