6.4. АППАРАТЫ ДЛЯ ПОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ СУШКИ

Связь влаги с материалом может быть механической, физикохимической и химической. Механически с твердым материалом связана поверхностная влага и влага, заполняющая поры и крупные капилляры в материале при его смачивании. Такая влага легко удаляется из материала и обычно называется внешней. Физико-химически с твердым материалом связана влага, поглощенная поверхностью мелких капилляров (адсорбционная влага) или проникшая внутрь клеток органического материала вследствие диффузии (структурная и осмотическая влага). Химически связана с твердым материалом гидратная влага (или кристаллизационная), которая в процессе сушки обычно не удаляется. В отличие от внешней, влагу, прочно связанную с материалом, называют гигроскопической.

В зависимости от формы связи влаги с материалом она может быть удалена различными способами:

-механическими – прессованием, отсасыванием, фильтрованием и центрифугированием. Эти способы используются в тех случаях, когда требуется частичное удаление внешней влаги;

-физико-химическими – путем поглощения влаги гигроскопическими веществами (хлористым кальцием, спиртом, серной кислотой и др.). Эти способы применяются главным образом для удаления влаги из газов;

-тепловыми – испарением, выпариванием, конденсацией и вымораживанием. Эти способы применяются, когда требуется практически полное удаление внешней влаги и частично гигроскопической.

6.4.2. Понятие о влажности материала и влагосодержании

Влажность материала может быть рассчитана как отношение количества влаги Gвл к общей массе влажного материала G :

где Gсух – масса абсолютно сухого вещества. Влагосодержание материала выражается соотношением

Величины ω и ωс связаны соотношениями:

224

Количество влаги, удаляемой из материала в процессе сушки при изменении влажности от ωн до ωк , определяют из выражения

Содержание влаги в сушильном агенте, т.е. в среде, с помощью которой подводится тепло к высушиваемому материалу и отводятся пары влаги от его поверхности, характеризуется относительной влажностью ϕ и паросодержанием (влагосодержанием) х парогазовой смеси:

где рп – парциальное давление паров влаги в сушильном агенте; рs – давление насыщенного пара той же жидкости при данной температуре;

В случае, когда сушильным агентом является воздух, а парами влаги – водяные пары, связь между параметрами влажного воздуха х, t, ϕ и I (энтальпией) определяется по I – х – диаграмме Рамзина, которая приводится в справочной литературе.

225

6.4.3. Тепловая сушка горючих веществ и материалов

Тепловой сушкой, или просто сушкой, называется процесс удаления влаги из материала с использованием тепловой энергии для ее испарения. Различают естественную и искусственную сушку. Естественную сушку производят на открытом воздухе без искусственного нагревания и без принудительного подвода сушильного агента. Этот способ сушки достаточно продолжителен, не поддается регулированию, а материал имеет сравнительно большую конечную влажность.

Искусственная сушка производится путем искусственного подвода тепла к высушиваемому материалу, в том числе при помощи нагретого сушильного агента, который после поглощения им испарившейся влаги из материала отводится специальными вытяжными устройствами (вентиляторами, дымососами и т.п. устройствами). В качестве сушильных агентов используются воздух, дымовые газы, водяной пар, азот и другие газы.

По своей физической сущности сушка является сложным тепломассообменным процессом, скорость которого лимитируется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала к его поверхности. В процессе сушки влага перемещается из внутренних слоев материала к его поверхности, с которой она испаряется. Пар диффундирует через пограничный слой на границе раздела фаз в сушильный агент и отводится от поверхности материала. Таким образом осуществляется перенос до 90 % всей влаги. Скорость переноса влаги обусловливается движущей силой процесса, представляющей собой разность концентраций или разность парциальных давлений пара влаги у поверхности материала и в окружающей среде. Перенос незначительного количества влаги происходит также за счет термодиффузии вследствие перепада температур в пограничном слое.

На рисунках показаны факторы, влияющие на перемещение влаги в материале (6.42, а) и в пограничном слое (6.42, б).

При рп > рс′ происходит сушка (испарение влаги с поверхности) мате-

риала; при рп = рс устанавливается динамическое равновесие;

при рп < рс′′ происходит поглощение паров влаги материалом из су-

шильного агента.

При рц′ > рп происходит перенос влаги из центра к поверхности ма-

териала; при рц = рп отсутствует перенос влаги;

при рц′′< рп происходит перенос влаги с поверхности вглубь материала.

226