4.3.3 Изменение температуры материала в процессе сушки

Для анализа процесса сушки, помимо кривых скорости, важно знать также характер изменения температуры материала в зависимости от его влажности (рисунок 4.3).

За кратковременный период прогрева материала его температура быстро повышается и достигает постоянной величины – температуры мокрого термометра. В период постоянной скорости сушки все тепло, подводимое к материалу, затрачивается на интенсивное поверхностное испарение влаги, и температура материала остается постоянной, равной температуре испарения жидкости со свободной поверхности. В период падающей скорости испарение влаги с поверхности материала замедляется, и его температура начинает повышаться. Когда влажность материала уменьшается до равновесной и скорость испарения влаги падает до нуля, температура материала достигает наибольшего значения – становится равной температуре окружающей среды.

Рисунок 4.3 – Температурная кривая

4.3.4 Продолжительность сушки

При проектировании сушильных установок, как и аппаратов для других технологических операций, важнейшим вопросом является расчетное определение времени проведения процесса. Продолжительность сушки при постоянных условиях (по воздуху) может быть определена по приближенным уравнениям: для периода постоянной скорости

; (4.2)

для периода падающей скорости

, (4.3)

где N – скорость сушки в первом периоде, (кг влаги /кг cухого вещества)/с;

–начальная, первая критическая, конечная и равновесная влажности материала, кг влаги/ кг сухого вещества.

Общая продолжительность сушки

. (4.4)

Соотношение продолжительности сушки в первом и втором периодах определяется структурой материала и его влажностью.

Вследствие неравномерного омывания материала воздухом, наличия "мертвых" зон и других причин в теоретические формулы (4.2) и (4.3) приходится вводить поправочный коэффициент равный 1,5…2.

Приближенное уравнение для определения продолжительности сушки (без учета равновесной влажности) имеет вид:

. (4.5)

4.3.5 Массоперенос при сушке

Зная скорость сушки в первом периоде, можно определить коэффициент массоотдачи из выражения:

, (4.6)

где – удельная поверхность, м²/кг;

F – поверхность испарения, м²;

G_cyx – количество сухого материала, кг;

 – коэффициент массоотдачи в газовой фазе, кг/(м^2.с кг/кг);

∆Х_СР – средняя движущая сила, кг пара/кг сухого вещества.

Кинетический закон для первого периода сушки может быть представлен в следующем виде:

, (4.7)

где N – скорость сушки, ч^-1;

β – коэффициент массоотдачи, кг/м²·ч·Па;

F – поверхность фазового контакта, м²;

р_м – парциальное давление поблизости у материала, Па;

р_п – парциальное давление в воздухе, Па.

Из уравнения (4.7) следует, что скорость сушки зависит от величины поверхности материала, от температуры материала и воздуха, от парциального давления и скорости воздуха.

Кинетический закон для второго периода сушки:

, (4.8)

где К – коэффициент скорости сушки, кг/(м²·ч·кг/кг сухого вещества);

Х, Х_р – влагосодержание текущее и равновесное, кг/кг сухого вещества.

Кинетические уравнения позволяют находить основные габариты сушильных аппаратов.