КИНЕТИКА СУШКИ
Исследование кинетики сушки обычно начинают с получения опытной зависимости влагосодержания и температуры материала от времени процесса сушки
;
Зависимость 
получается в
лабораторной работе №24.
Л
абораторная
установка \схема есть в учебнике
Стабникова\ отличается постоянством
температуры воздуха \t=const\
от реальной сушилки, в которой t=var.
Схема установки представлена на рис.
177.
Рис. 177. Схема лабораторной циркуляционной сушилки.
1- вентилятор, 2- электрокалорифер, 3- сушильная камера, 4- влажный образец, 5- весы.
Влажный образец 4 /кусок асбеста/ подвешивается на рычаг весов 5 в сушильной камере 3. Фиксируется убыль массы образца с течением времени. Данные сводятся в таблицу 10.
Таблица 10.
Данные по сушке влажного образца.
|
Масса образца G, г |
Продолжительность сушки , мин |
Влагосодержание % U |
|
Gн =130г |
0 |
Uн= |
|
--- |
--- |
--- |
|
--- |
--- |
--- |
|
Gкон.= 60г |
90 |
Uкон. |
Предварительно определяется масса абсолютно сухого образца Gсух. Тогда влагосодержание образца определяется по формуле:
Данные таблицы 10 представляются на графике рис. 178.
Р
ис.
178. Опытная
кривая сушки.
На опытной кривой сушки фиксируются:
Uн.;
Uкр.;
Uкон.;
Uр.;
1;
2.
Критическое
влагосодержание фиксируется на изломе
прямой линии в криволинейную / Uкр./.
Равновесное влагосодержание Uр.
фиксируется горизонталью, к которой
стремится кривая сушки при
.
В реальной сушилке можно зафиксировать изменение температуры воздуха и материала с течением времени / Рис.179/.
В 1934 году А.В.Лыков предложил названия периодов сушки:
1- период постоянной температуры материала, 2- период повыщающейся температуры материала. Однако предложение не получило распространения.
В 1936 году американский ученый Т.К.Шервуд продифференцировал кривую сушки на рис. 178 и представил зависимость:
Шервуд ввёл понятия:
1- период постоянной скорости сушки,
2- период убывающей /падающей/ скорости сушки.
Р
ис.
179. Изменение
температуры воздуха и материала в
реальной прямоточной сушилке. 1- воздух,
2- материал.
Построение
/график/ Шервуда представлено на рис.180.
Рис. 180. Кривая скорости сушки по Т.К. Шервуду.
1- период постоянной, 2- период убывающей скорости сушки.
Фиксируются: N=a1/b1 – скорость сушки в первом периоде,
- коэффициент
сушки.
Понятие процесса
скорости сушки по Шервуду / изменение
влагосодержания материала с течением
времени/ не совпадает с понятием скорости
сушки по дисциплине ПАПП / количество
влаги, испарённое с единицы поверхности
материала в единицу времени. 
[кг/(м2
. с]
/155/
Первый период сушки
В первом периоде удаляется т.н. поверхностная влага и процесс сушки аналогичен процессу испарения влаги со свободной поверхности при
одинаковых
условиях. Схема испарения показана на
рис. 181.
Рис. 181. Схема испарения влаги в первом периоде сушки.
Считается, что парциальное давление водяного пара в пограничном слое над поверхностью влаги достигает насыщения, т.е.
Рм=Рн
Тогда движущая сила по Дальтону
Р=
Рн-Рп
В первом периоде cушка рассматривается как тепломассообменный процесс. Дифференциальное уравнение массоотдачи
/156/
где
- коэффициент массоотдачи, кг/ м2
.с.Па .
Более удобно использовать влагосодержание воздуха
/157/
Количество испаренной влаги прямо пропорционально количеству подведенного тепла из воздуха.
Дифференциальное уравнение теплоотдачи
/158/
интегральные уравнения для /157, 158/
, кг
/157а/
, кДж/158а/
Зависимости
/157а , 158а/ позволяют рассчитать
и
Для определения коэффициентов скорости
и 
применяют критериальные уравнения
/В.Ф. Фролов. Моделирование сушки
дисперсных материалов. -Л. :Химия,
1987.-208 с., с.6/
/159/
/160/
где
;
- критерии
Нуссельта,
;
- критерии
Прандтля,
- критерий
Гухмана,
-критерий
Рейнольдса,
- температуры
сухого и мокрого термометра,
-коэффициент
диффузии,
- характерный
линейный параметр.
Для определения средней разности температур и влагосодержаний воздуха применяется диаграмма Рамзина /рис. 182/
Рис. 182. Определение параметров воздуха для первого периода
сушка.
Средняя разность температур /рис. 183/
Рис. 183. К определению средней разности температур.
Средняя разность влагосодержаний воздуха /рис. 184/.
Рис. 184. К определению средней разности влагосодержаний воздуха.
Основная масса влаги удаляется в первом периоде сушки. Удаление поверхностной влаги не влияет на качество материала и не зависит от его свойств. Материал экранирован влагой и не боится перегрева, его температура остается неизменной / Qм =const /. Поэтому интенсификация прогресса сушки осуществляется в основном в первом периоде.
Пути интенсификации.
1.
Увеличение температуры сушильного
агента / tс
и
tср
/.
2. Уменьшение относительной влажности сушильного агента
/
увеличение
dср
/.
3.
Увеличение скорости сушильного агента
/ увеличение 
/.
4. Увеличение поверхности контакта фаз F / измельчение, раздробление материала /.
Этим условиям в наибольшей степени отвечают высокоинтенсивные конвективные сушилки:
1. Пневматические,
2. Распылительные,
3. Аэрофонтанные,
4. Кипящего слоя,
5. Циклонные.
Конструкции некоторых сушилок представлены на рис. 185 - 194
/данные М-ТИ/.