Для осуществления процесса сушки необходимо, чтобы парциальное давление водяных паров в воздухе у поверхности материала рпов было больше этой вели-

чины в окружающей среде ро.с . Процесс сушки прекращается, если парциаль-

ное давление водяных паров у поверхности и в окружающей среде выравнива-

ются. А если ро.с рпов , то происходит увлажнение материала.

В процессе сушки влажность материала уменьшается. Если процесс сушки пре-

кращается потому, что рпов ро.с , то влажность материала в конце сушки назы-

вается равновесной wр . Равновесная влажность материала зависит от влагосо-

держания окружающей среды, чем последняя выше, тем равновесная влажность больше.

Максимальное влагосодержание окружающей среды характеризуется тельной влажности ее 100 % . Равновесная влажность материала при 100 %

называется гигроскопической влажностью. Влажность материала выше гигро-

скопической называется внешней влажностью или внешней влагой. При суш-

ке материалов с влажностью выше гигроскопической сначала удаляется внеш-

няя влага. В этом процессе парциальное давление водяных паров над поверхно-

стью материала будет таким же, как над поверхностью жидкости.

4.1 Построение кривых сушки

Изменения средней влажности и средней температуры материала в про-

цессе сушки составляют кинетику этого процесса. На рисунке 4.1 приведена примерная кривая изменения средней влажности материала во времени τ при конвективной сушке w f τ . Подобные зависимости называются кривыми сушки. Поместив влажный материал в сушилку, и наблюдая за поведением его влажности, отметим следующие этапы: АВ – процесс нагрева материала (влаж-

88

ность меняется незначительно), ВD - процесс сушки, который можно разделить на два периода ВС и СD.

Период прогрева характеризуется увеличением температуры материала от tнач до tм - температуры мокрого термометра, некоторым уменьшением влажно-

сти материала и увеличением скорости сушки от нуля до максимального значе-

ния.

Первоначально влага испаряется с поверхности материала так же, как, напри-

мер, с поверхности жидкости, и процесс идет с постоянной интенсивностью до того момента, пока на поверхности материала не начнет исчезать пленка влаги.

Под скоростью сушки понимается изменение влажности материала в единицу

времени dw . На кривой сушки (рисунок 4.1) прямая ВС – первый период (пе- dτ

Рисунок 4.1 – Типичные кривые сушки, скорости сушки и изменения температуры материала в процессе сушки

АВ – период прогрева; ВС – период постоянной скорости; СD – период падающей скорости; 1 – жесткий режим; 2 - мягкий режим сушки

89

риод постоянной скорости) сушки. В точке С наблюдается так называемая кри-

тическая влажность. Температура материала в этом периоде не изменяется и равна температуре мокрого термометра, помещенного в сушильную камеру, а

парциальное давление пара у поверхности испарения равно давлению насыще-

ния при температуре мокрого термометра. При жестких режимах сушки, когда интенсивность испарения достаточно велика, средняя температура материала в периоде постоянной скорости сушки непрерывно растет. Это происходит пото-

му, что подвод влаги из внутренних слоев к поверхности материала меньше,

чем возможность отвода в окружающую среду, вследствие чего происходит уг-

лубление зоны, в которой осуществляется испарение жидкости. Верхние слои материала обезвоживаются, и их температура непрерывно повышается, что приводит к росту средней температуры сушимого материала (на рисунке 4.1

пунктирная линия).

Далее процесс сушки происходит за счет притока влаги из внутренних слоев к поверхности, который постепенно сокращается и интенсивность сушки снижа-

ется. В точке D материал принимает равновесную влажность wр и процесс суш-

ки прекращается. СD – кривая (рисунок 4.1), соответствующая второму перио-

ду сушки, периоду падающей скорости сушки.

Для построения кривой скорости сушки используют кривую сушки, проводя к ней касательные в выбранных точках (рисунок 4.1). Т.к. в первом периоде кри-

вая сушки – прямая линия ВС, то скорость сушки dw tg const . Во втором dτ

периоде (линия СD) угол φ уменьшается, значит tg и скорость сушки dw dτ

также уменьшаются, а в точке D становятся равными нулю.

Период постоянной скорости сушки продолжается до некоторой влажности wкр,

называемой критической. Начиная с этого момента времени (участок bc) тем-

пература материала непрерывно повышается, стремясь к температуре окру-

жающего материал сушильного агента tс, а скорость сушки непрерывно убыва-

ет от максимального своего значения N (рисунок 4.1) до нуля. Этот период на-

90

зывается периодом падающей скорости сушки. Скорость сушки равна нулю по-

сле достижения материалом равновесной влажности wр.

4.2 Схема сушильной установки

В промышленности наибольшее распространение получили конвективные сушилки, в которых подвод теплоты к высушиваемому материалу осуществля-

ется горячим газообразным сушильным агентом. В качестве сушильного агента может быть:

-атмосферный воздух, предварительно подогретый;

-дымовые газы (продукты сгорания топлива), разбавленные воздухом до необ-

ходимой температуры.

Рассмотрим сушильную установку на воздухе, которая состоит из подог-

ревателя воздуха (калорифера) и сушильной камеры (рисунок 4.2). Если подог-

реватель находится вне сушильной камеры, он называется выносным, а если внутри, то встроенным.

Рисунок 4.2 – Принципиальная схема конвективной воздушной сушильной установки

Введем следующие обозначения: параметры атмосферного воздуха, посту-

пающего в подогреватель с индексом «0», сушильного агента перед сушильной камерой с индексом «1», после сушильной камеры – «2»; температура воздуха t, оС , влагосодержание d, г (или кг) / кг , относительная влажность , % и его эн-

тальпия на 1 кг сухой части влажного воздуха I, кДж / кг .