3. Рівновага при сушінні

Розглянемо процеси масообміну на межі фаз вологий матеріал-повітря (газ).

Хай Р- парціальний тиск водяної пари в повітрі;

Р - тиск насиченої водяної пари в межовому шарі на поверхні матеріалу .

В залежності від співвідношення Рі Рв системі можуть відбуватися різні процеси:

- якщо Р > Р, проходить випарювання вологи (сушка);

- якщо Р < Р, проходить конденсація пари (зволоження матеріалу);

- якщо Р = Р, настає рівновага в системі.

Відомо, що Р=f (t, ), а Р=f(t, , форма зв’язку вологи з матеріалом)

По класифікації Ребіндера існує три форми зв'язку вологи з матеріалом і відповідно три види вологи:

1. Механічний зв’язок, при якому волога зв’язана з матеріалом силами поверхневого натягу.

Це вільна волога, що знаходиться на поверхні матеріалу і в крупних порах. Вона легко вилучається із матеріалу механічними методами ( відстоюван-ня, центрифугування, фільтрування).

2. Фізико-хімичний зв'язок, при якому волога пов’язана з матеріалом електростатичними і індукційними силами ( адсорбційний зв’язок) або осмотичними силами в середені клітинної структури матеріалу. Ця волога назива-ється зв'язаною. Вона не може бути видалена механічними способами,а пот-ребує випарювання при підвищеній температурі.

3 Хімічний зв’язок, при якому волога міцно пов’язана з матеріалом у вигляді гідроксильних іонів або молекулярних з’єднань типу кристалогідратів. Хімічно пов’язана волога не видаляється навіть при сушінні.

При досягненні рівноважистого стану в системі

форма зв’язку вологи з матеріалом.

Для даного матеріалу при рівняння рівноваги набуває вид:

або

Конкретний вид ізотерми сушіння визначається експериментальним шля-хом.

точка називається гігроскопічною точкою.

В точці , де відносна вологість повітрябільша за рівноважну, відбувається процес конденсації подяної пари, тобто зволоження матеріалу. Процес продовжується, доки вологовміст матеріалу не досягне значення.

В точці , де відносна вологість повітряменша за рівноважну, відбувається випарювання вологи (сушіння матеріалу).

Процес продовжується, доки вологовміст матеріалу не зменшиться до значення .

5. Матеріальний і тепловий баланси сушіння

Розглянемо основну схему процесу конвективного сушіння

Воздух подогревается в калорифере до необходимой температуры при неизменном влагосодержанииі надходить в сушилку. В результаті тепло- і масообміну в сушилці температура повітря знижується до, а його волого-вміст підвищується віддо. Температура матеріалу підвищується до, а його вологовміст зменшується до .

Для одержання теплоносія (гарячих газів) замість калорифера може вико-ристовуватись

Формулювання задачі.

Дано: параметри потоку матеріалу: початкові

кінцеві

параметри потоку повітря: початкові

після калорифера

після сушилки (або)

Необхідно визначити: - кількість висушеного матеріалу

- витрату сухого повітря

- витрату тепла в калорифері

Рівняння матеріального балансу сушилки

В цьому рівнянні є три невідомі величини:

Визначимо із рівняння балансу сухого матеріалу

і або

Витрата повітря може бути визначена із розгляду теплового балансу сушилки.

Рівняння теплового балансу сушилки

,

де питома теплоємкість висушеного матеріалу, ;

питома теплоємкість вологи (води), ;

ентальпія повітря після калорифера і після сушилки відповідно, ;

втрати тепла в атмосферу через стінки сушилки .

Після деяких перестановок складових рівняння теплового балансу прий-має вигляд:

В рівняннях (1) і (3) маємо три невідомих: .

Для вирішення задачі необхідне третє рівняння, в якості якого викорис-таємо вираження для ентальпії повітря після сушилки:

Алгоритм вирішення системи рівнянь (1), (3), (4) може бути різним, нап-риклад:

1) Визначаємо із (1) і підставляємо його в (4);

2) Одержане вираження підставляємо в (3);

3) Визначаємо із (3) з урахуванняміз (4).

Витрату тепла в калорифері на нагрівання повітря визначаємо із розгляду теплового балансу калорифера.

Рівняння теплового балансу калорифера

, звідки

Ентальпія повітря до калорифера

а після калорифера ,

де питома теплоємкість сухого повітря, ;

питома теплоємкість пари водяної, ;

питома теплота випарювання води при 0⁰С, .

Витрата грійочої пари в калорифері

, де

питома теплота конденсації водяної пари при температурі пари, .

Розглянутий метод визначення витрат сухого повітря і тепла на сушіння матеріалу шляхом вирішення системи рівнянь матеріального і теплового балан-сів сушилки називається аналітичним.

Ця задача може бути вирішена також графічним методом за допомогою діаграми.