СУШІННЯ

Це процес видалення вологи із твердих або пастообразних матеріалів шляхом випаровування.

За фізичною природою сушіння є складним тепловим і дифузійним процесом, що включає ряд послідовних стадій:

- дифузія вологи із об’єму матеріалу до поверхні;

- випаровування вологи на поверхні частинок;

- дифузія водяної пари в оточуюче середовище.

Процес сушіння потребує великих витрат тепла, тому він застосовується як правило, після попереднього видалення вологи із твердих матеріалів механічними засобами (відстоюваня, центрифугування, фільтрування).

В залежності від джерел тепла існує два види сушіння:

- природне сушіння, при якому випаровування вологи відбування за рахунок тепла атмосферного повітря або сонячного випромінювання (наприклад, сушіння сільськогосподарських продуктів на полях);

- штучне сушіння, яке відбувається в спеціальних апаратах при підведенні тепла ззовні. Завдякі більшій інтенсивності процесу випаровування цей вид сушіння одержав виключне застосування промисловості.

За способами підводу тепла до висушуваного матеріалу штучне сушіння можно розділити на декілька видів:

- конвективне сушіння, при якому тепло передається до висушуваного матеріалу від газового теплоносія при безпосередньому контакті між ними;

- контактне сушіння, прия кому тепло пердається до матеріалу від теплоносія через стінку, що їх розділяє;

- радіаційне сушіння, при якому тепло підводиться до матеріалу з допомогою інфрачервоних променів;

- діелектричне сушіння, що відбувається при нагріванні матеріалів з низькою електропровідністю (діелектриків) в полі токів високої частоти.

В багатотонажних виробництвах переважне застосування одержали конвективне і контактне сушіння, як найбільш економічне. Радіаційне і діелектричне сушіння потребують великих капітальних і експлуатаційних витрат, тому вони використовуються здебільшого при обробці коштових матеріалів і виробів.

При всіх видах сушіння швидкість процесу залежить від параметрів середовища,в якому проходить випаровування вологи. Таким середовищем може бути повітря, димові гази, інертні гази.

1. Основні параметри вологого повітря як сушильного агента

Основними параметрами вологого повітря як носія тепла і вологи при сушінні являються температура, тиск, вологість, ентальпія.

Вологість повітря може визначатись різними способами.

Абсолютна вологість – це маса водяної пари, що міститься в 1 м³ вологого повітря, тобто густина водяної пари при температурі повітря і парціальному тиску пари Р_пρ

_{ρ = , ,}

де P_n - парціальний тиск водяної пари, Па;

M_n - молекулярна маса водяної пари, ;

R = 8314 –універсальна газова постійна;

T – абсолютна температура повітря, К.

Відносна вологість або ступінь насичення повітря – це відношення фактичної абсолютної вологості повітря ρ_n до максимально можливої за даних умов, тобто до абсолютної вологості повітря при повному насиченні його водяною парою ρ_{н :}

φ = =,

де – тиск насиченої водяної пари при температурі повітря, Па.

Якщо температура повітря вища за температуру кипіння води при барометричному тиску Р_б = 101300 Па , то максимальний тиск водяної пари буде рівним Р_б і тоді при будь-якій температурі повітря t100С.

Відносна вологість повітря характеризує його здатність бути носієм вологи, що випаровується при сушінні.

При зміні температури або тиску повітря в процесі сушіння змінюється його об’єм, а значить і абсолютна вологість, тому використання цього параметра для складання матеріального балансу сушіння пов’язано зі значними ускладненнями розрахунків. Більш зручною для таких розрахунків являється вологість повітря, що віднесена до одиниці маси сухого повітря, яка не змінюється в процесі сушки.

Відношення маси водяної пари, що міститься у вологому повітрі, до маси сухого повітря в цій суміші називається вологовмістом повітря:

= ==,

де m_n , m_с.п. – маси водяної пари і сухого повітря в даному об’ємі V вологого

повітря;

ρ_с.п. - щільність сухого повітря при даній температурі і парціальному тиску

його Р_с.п.

Зв’язок між вологовмістом повітря і його відносною вологістю φ визначається рівнянням:

= = _{: =}

Парціальний тиск водяної пари Р_п=φР_н , а парціальний тиск сухого повітря Р_с.п.=Р - φР_н

Тоді ==0.622,

де Р - загальний тиск вологого повітря.

Ентальпія вологого повітря, що віднесена до одиниці маси сухого повітря,

I = C_с.п.t + x(r₀ + C_пt),

де С_с.п. – середня питома теплоємкість сухого повітря в інтервалі температур

0-t, ;

С_п – середня питома теплоємкість водяної пари, ;

r - питома ентальпія водяної пари при 0 С (питома теплота пароутворення

при 0 С),

Для розрахунків приймають значення

С_с.п.=1 ;

С_п=1,9 ;

r=2493.

2. I-х діаграма вологого повітря

Функціональна залежність між розглянутими параметрами вологого повітря в графічному вигляді представлена діаграмою I-x, розробленого Л.К.Рамзіним.

Лінія х=const – вертикальна

Лінія I=cos - під кутом 135С

Лінії постійних температур строяться за допомогою рівняння

I = Ct ₊ х(r + C_пt)

Задуючись при t=const значеннями x та x розраховують значення I та I і через дві точки проводять пряму t=const. Такі розрахунки проводять для різних значень t (10, 30, 50, 100 і т.д.)

Лінії постійной відносной вологості строяться за допомогою рівняння х=0.622

Задаючись при =const декількома значеннями температур t₁, t₂, t₃…, находять по таблиці насиченого водяного пару відповідаючі значення Р_н1, Р_н2, Р_н3… та розраховують за привіденим вище рівнянням значення х₁, х₂, х₃…

Через точки з координатами t_і – х_і проводять криву =const. Аналогічно строять криві =const, =const і т.д.