6. Графічний метод визначення витрат тепла і повітря на сушіння матеріалу

Цей метод заснований на побудові робочої лінії процесу сушіння ВС на діаграмі . Точка перетину робочої лінії з ізотермоювизна-чає параметри повітря після сушилкита.

Знаючи ці параметри, визначаємо витрату повітря і витрату тепла в калорифері.

Розглянемо побудову робочої лінії процесу сушіння. Рівняння робочої лі-нії виражається рівнянням теплового балансу сушіння (3). Розділивши це рівня-ння на кількість випареної вологи , одержимо тепловий баланс процесу, від-несений до одиниці маси С (кг) випареної вологи:

,

де питома витрата сухого повітря,;

питома витрата тепла на нагрівання матеріалу, ;

питома втрата тепла в атмосферу через стінки сушилки,

Позначимо тепло, що втрачається (або придбається) повітрям в сушилці в розрахунку на 1 кг випареної вологи.

Тоді маємо рівняння робочої лінії процесу сушіння, виражене через координати двох точок:

початок процесу та кінець процесу.

Через координати точок початкової і довільної (поточної) рівняння робо-чої лінії має вигляд

Для находження будь-якої точки, що лежить на робочій лінії процесу, оберемо довільну точку на лінії . Хай це буде точка. Відповідна їй точка, що належить робочій лінії процесу має координати, що визначаються рівнянням (6). Ця точкалежить на ординатінижче за точкуна величину відрізка, якщо, або вище точкина величину цього відрізку, якщо.

Через точки іпроводимо пряму лінію до перетину з ізотер-моюв точці, координати якої визначають ентальпіюі воло-говмістповітря на виході із сушилки.

Тоді витрата повітря , а витрата тепла в калорифері.

7. Швидкість процесу сушіння

Швидкість сушіння – це кількість вологи, що випарюється за одиницю часу з одиниці поверхні вологого матеріалу:

Оскільки поверхня випарювання в більшості випадків є трудновизначає-мою величиною, то швидкість сушіння частіше відносять до одиниці маси су-хого матеріалу:

Останній вираз можно представити у вигляді

де вологовміст, віднесений до сухої маси матеріалу,.

Швидкість сушіння залежить від вологовмісту і температури матеріалу, форми зв’язку вологи з матеріалом, а також від параметрів газового середови-ща.

Для теоретичного визначення швидкості сушіння необхідно знати меха-нізм процесу і закони переносу вологи в твердому тілі і в газовій фазі.

7.1 Механізм процесу сушіння

Процес випарювання вологи із твердого матеріалу включає ряд послідов-них стадій:

1. Внутрішня дифузія, тобто переміщення вологи (рідини) із внутрішніх шарів до поверхні матеріалу (молекулярний механізм).

Швидкість внутрішньої дифузії визначається визначається градієнтним законом

,

де коефіцієнт вологопровідності, м²/с;

градієнт вологовмісту в даній точці матеріалу, с^-1.

Коефіцієнт вологопроводності залежить від вологовмісту і температури матеріалу, структури матеріалу і форми зв’язку вологи з ним. Для більшості матеріалів ця залежність вивчена недостатньо.

2. Випарювання вологи на поверхні матеріалу

Ця стадія відбувається з найбільшою швидкістю, тому вона мало впливає на підсумкову швидкість процесу сушіння і може не враховуватись при аналізі та розрахунках. Завдяки цьому межовий шар повітря на поверхні матеріалу практично повністю насичений водяною парою при температурі мокрого тер-мометра.

3. Зовнішня дифузія, тобто конвективний перенос водяної пари з поверхні матеріалу в газову фазу. Швидкість зовнішньої дифузії визначається рівнянням масовіддачі

,

де коефіцієнт масовіддачі, тобто маса водяної пари, що переходить з поверхні матеріалу в газову фазу за одиницю часу з одиниці поверхні при різ-ниці тисків;

парціальний тиск водяної пари в межовому шарі на поверхні матеріалу і в газовій фазі.

При конвективному сушінні матеріалів з високим вологовмістом швид-кість внутришньої і зовнішньої дифузії значна і тому підсумкова швидкість процесу сушіння визначається кількістю тепла, що підводиться до матеріалу. В цих випадках процес сушіння розглядається як тепловий і його розрахунки виконуються за законами теплопередачі.

При сушінні матеріалів зі зв’язаною вологою швидкість процесу повинна визначатись шляхом рішення рівнянь швидкості внутрішньої і зовнішньої ди-фузії разом з рівняннями теплопередачі, матеріального і теплового балансів. В загальних випадках ця система рівнянь не має аналітичного рішення із-за від-сутності даних про коефіцієнти вологопровідності в матеріалах і ускладнення процесу явищами термодифузії. В окремих випадках, коли швидкість внут-рішньої і зовнішньої дифузії різко зростає ( наприклад, при високій температурі газового теплоносія) підсумкова швидкість процесу сушіння також визначаєть-ся за законами теплопередачі.