Изображение процессов изменения состояния воздуха на диаграмме.

П

Рис. 2. Изображение процессов изменения состояния влажного воздуха на I–х-диаграмме

ри нагревании влажного воздуха в калорифере его относительная влажностьуменьшается, а влагосодержаниех остается постоянным. Поэтому на I–х-диаграмме процесс нагрева воздуха изображают отрезком АВ (рис. 2), проводя из точки, отвечающей начальному состоянию воздуха (,), вертикальную линию х = const вверх до пересечения с изотермой воздуха .

Процесс охлаждения воздуха с начальной температурой при постоянном влагосодержании до его насыщения изображается вертикальной линией, проведенной из точки B (характеризующей начальное состояние охлаждаемого воздуха) вниз до пересечения с линией = 100 % (отрезокВС). Точка пересечения линий х = const и = 100 % (точкаС на рис. 2) характеризует состояние воздуха в результате его охлаждения при х = const и называется точкой росы. Дальнейшее охлаждение воздуха ниже температуры точки росы (например, до температуры ) приводит к конденсации из него части влаги и уменьшению его влагосодержания от до . На диаграмме процесс охлаждения насыщенного воздуха совпадает с линией = 100 % (криваяСЕ).

При адиабатической сушке влага будет испаряться только за счет теплоты, передаваемой продукту воздухом. При этом, если температура высушиваемого продукта не изменяется и равна 0 °С, энтальпия воздуха после сушки будет равна его энтальпии перед сушкой, т. к. вся теплота, отданная воздухом на испарение влаги, возвращается обратно в воздух с удаляющимися из продукта парами. Одновременно понижается температура и увеличиваются влагосодержание и относительная влажность воздуха. Такой процесс носит названиетеоретического процесса сушки (==I = const).

Кинетика процесса сушки

Кривые сушки. Кривые сушки характеризуют изменение средней (интегральной) влажности продукта W во времени .

Н

Рис. 3. Кривая сушки

а рис. 3 приведена зависимость продукта от времени , которая называется кривой сушки. В общем случае кривая сушки состоит из нескольких участков, соответствующих различным периодам сушки. Анализ этой кривой показывает, что в начале процесса, когда влажность материала уменьшается по кривой, имеет место кратковременный период прогрева материала. Продолжительность этого периода зависит от толщины образца. Для тонких материалов период прогрев настолько кратковременен, что на кривой сушки он не обнаруживается.

Затем влажность продукта интенсивно уменьшается по прямолинейному закону. Этот первый (I) период сушки называют периодом постоянной скорости. Для толстых образцов продуктов, характеризующихся малой влагопроводностью, при сравнительно интенсивной влагоотдаче с поверхности (например, хлеб) периода постоянной скорости сушки может не быть. Такое уменьшение влажности наблюдается до достижения первой критической влажности (точкаK₁), после чего начинается второй период процесса сушки – период падающей (убывающей) скорости. Здесь уменьшение влажности материала выражается некоторой кривой, которая в общем случае состоит из двух участков различной кривизны. Точка перегиба K₂ соответствует второй критической влажности .В конце сушки кривая сушки асимптотически приближается к линии равновесной влажности, причем величина W_р соответствует данному режиму сушки. При равновесной влажности сушка прекращается – скорость сушки равна нулю. В каждом конкретном случае вид функции может отличаться от приведенной на рис. 3 в зависимости от формы и структуры продукта, а также вида связи с ним влаги.

Кривые скорости сушки. Скорость сушки – это изменение влажности продукта в единицу времени ().Скорость сушки определяется уменьшением влажности продукта за некоторый бесконечно малый промежуток времени, т. е. выражается отношением

. (4)

Кривые скорости сушки обычно строят методом графического дифференцирования по кривым сушки: скорость сушки в данный момент определяется как тангенс угла наклона касательной, проведенной через точку кривой сушки (см. рис. 3), соответствующую определенной влажности продукта. В частности, для I периода скорость сушки будет соответствовать const (рис. 3).

Н

Рис. 4. Кривые скорости сушки: 1 – капиллярно-пористые тела с большой удельной поверхностью испарения (бумага, тонкий картон); 2 – то же, (ткани, тонкая кожа); 3 и 4 – капиллярно-пористые тела с малой удельной поверхностью испарения (керамические изделия); 4 – песок, глина; 4, 5 и 6 – сложные системы – коллоидные капиллярно-пористые тела (зерно, хлеб)

а рис. 4,а и б показаны примерные кривые скорости сушки различных продуктов.

Вначале – в стадии прогрева – скорость сушки увеличивается от 0 до максимального значения N; период постоянной скорости N = const. Затем (от первой критической точки K₁) начинается падение скорости сушки. В период падающей скорости характер кривой зависит от структуры материалов, размеров образца, форм связи влаги с материалом и механизма перемещения влаги. Поэтому кривые сушки различных материалов оказываются различными, что видно из рис. 4.

В период постоянной скорости происходит интенсивное поверхностное испарение свободной влаги. В точке K₁ (при первой критической влажности ) влажность на поверхности продукта становится равной гигроскопической и происходит испарение связанной влаги. ТочкаK₂ (вторая критическая влажность ) соответствует достижению равновесной влажности на поверхности продукта (внутри продукта влажность превышает равновесную). Начиная с этого момента и вплоть до установления равновесной влажности по всей толще продукта скорость сушки определяется скоростью внутренней диффузии влаги из глубины продукта к его поверхности. Одновременно вследствие высыхания все меньшая поверхность продукта остается доступной для испарения влаги в окружающую среду, и скорость сушки падает непропорционально уменьшению влажностипродукта.