быть выше, чем температура материала Гм. Требование к повышенной температуре сушильного агента объясня­ ется увеличением возможностей сушильного агента к ассимиляции влаги от материала.

9.1.1. Кинетика сушки влажных материалов

Возьмем лабораторную сушилку 2 и поместим на весы 3 материал (изделие) 6 (рис. 9.1). Изделие снаб­ жено термопарами 4, заделанными в центр и в поверх­ ностный слой. По стрелке 5 подаем в сушилку нагретый сушильный агент, а отработанный отсасывается венти­ лятором 1. Материал 6 отдает влагу, сушильный агент эту влагу ассимилирует и выводит из установки. Если снабдить весы и термопары самопишущими устройства­ ми, а их запись представить в координатах: по оси абсцисс время сушки /, по оси ординат масса G и тем­ пература Т материала, то кривые будут иметь вид, пред­ ставленный на рис. 9.2.

Так как никаких химических реакций и превращений в материале при сушке не происходит, то можно счи­ тать, что кривая 1 показывает изменение массы влаги в материале. От точки G0 до точки а количество влаги, удаляемое в единицу времени, возрастает. Одновремен­ но (см. кривую 2) повышается температура материала, и в точке а' температура поверхности Тп достигает точ­ ки росы— температуры сушильного агента по мокрому термометру Тмт. Период возрастающей влагоотдачи с одновременным нагревом поверхности материала до точ­ ки а' называют первым периодом сушки, или периодом нагревания материала. Этот период кратковременный.

От точки а влагосодержание начинает уменьшаться с одинаковой скоростью до точки b, при этом температу­ ра поверхности материала до точки Ь' не изменяется. Указанное объясняется испарением влаги с поверхности, на что расходуется подводимая к материалу теплота. В этот же период температура в центре материала Тц повышается и сравнивается с температурой поверхности

(точка М), Тп = Тп.

Второй период носит название периода постоянной скорости сушки материала. Точка Ь, характеризующая окончание этого периода, одновременно соответствует критическому влагосодержанию материала. Под крити­ ческим влагосодержанием материала понимают такое

Рис. 9.2. Кривые изменения среднего влагосодержания и темпера­ туры в процессе сушки

7 —кривая изменения массы; 2— то же, температуры; Go и 70 —соответст­ венно начальные масса и температура

его состояние, при котором заканчивается его усадка. Продолжительность периода постоянной скорости сушки обозначена на оси отрезком /2—1\.

Начиная от точки b (см. кривую /), количество испа­ ряемой влаги с поверхности материала за единицу вре­ мени начинает снижаться. В точке V (см. кривую 2) в этот же момент времени начинает резко возрастать тем­ пература поверхности материала Тп, а за ней и темпе­ ратура центральных слоев материала Тп. Физический смысл повышения температуры объясняется отсутствием

влаги на поверхности. К этому времени общее количест­ во влаги в материале уменьшается, влага к поверхности испарения подается все медленнее, и поверхность испа­ рения как бы перемещается внутрь материала. Пар об­ разуется уже не на поверхности, а на каком-то от нее расстоянии, в глубине материала, и диффундирует через слой материала, покидает его, ассимилируясь сушиль­ ным агентом. Постепенно влага покидает материал, а температура поверхности и центра материала асимпто­ тически приближается к средней температуре сушильно­ го агента Гса, работающего в сушилке.

Обычно процесс сушки не ведут до полного удаления влаги, а заканчивают значительно раньше. Проведем на рис. 9.2 прямую KNy перпендикулярную оси t, и будем считать, что именно на этом отрезке времени /к от нача­ ла сушки изделие выгружают из сушилки. При этом масса выгружаемого материала составит GK, темпера­ тура поверхности материала Тс, а температура центра материала Тс,т Изменяя длительность третьего перио­ д а — периода падающей скорости сушки, можно регули­ ровать необходимую конечную влажность выгружаемо­ го материала.

Обычно конечную влажность материала выбирают по соображениям технологии или сушат до так называемо­ го равновесного состояния, когда парциальное давление водяных паров у поверхности материала соответствует парциальному давлению водяных паров в окружающей среде.

9.1.2. Тепло- и массообмен. Напряженное состояние в материале при сушке

При сушке между сушильным агентом и поверх­ ностью материала осуществляется процесс внешнего тепло- и массообмена по формулам: q=au(Tc&—Тпм) и qm= $m(p'mi— р'са) [см. формулы (4.34) и (4.33)]. Для данного случая температура теплоносителя Гт заменена температурой сушильного агента Тса, ибо теплоносите­ лем здесь является сушильный агент. Движение влаги к поверхности материала осуществляется за счет возни­ кающих в материале градиентов влагосодержания V Uy

возникает напряженное состояние; причем напряженное состояние будет возрастать с увеличением перепадов AU, АТ и Ар.

Для безопасной скорости сушки в первую очередь необходимо, чтобы перепад влагосодержания AU не воз­ растал, а это возможно только в том случае, если к по­ верхности испарения будет подводиться столько же вла­ ги, сколько испаряется с поверхности. Но каждый мате­ риал обладает определенной способностью пропускать влагу, т. е. массопроводностью. Массопроводность мате­ риала зависит от свойств материала, его плотности и ха­ рактера пористости (поры закрытые, открытые). Следо­ вательно, для каждого материала существует своя мас­ сопроводность.

Движение влаги внутри материала к поверхности ее испарения есть функция от V U, V Т и V р [см. форму­ лу (4.45)]. Изменение скорости нагрева материала вле­ чет за собой изменение значений V Т и V р. Перерас­ пределение потоков влаги внутри материала вызовет и изменение V V. Отсюда при увеличении начальной тем­ пературы сушильного агента и скорости его течения ко­ личество влаги, удаляемой с поверхности, будет воз­ растать.

Как указывалось, максимальная возможность мате­ риала пропускать влагу к поверхностям испарения опре­ деляется его массопроводностью, при которой напряжен­ ное состояние его будет соответствовать его прочност­ ным характеристикам. Если материал не будет иметь возможность пропускать влагу, она начнет разрушать сначала наиболее слабые поры, перегородки, затем и всю структуру материала. Напряженное состояние, воз­ никающее при этом, будет выше прочностных характе­ ристик материала. Следовательно, для каждого мате­ риала (изделия) существует какая-то своя безопасная скорость сушки — скорость удаления влаги с поверхно­ стей испарения, при которой материал может пропускать