8.1. Испарение воды со свободной поверхности

Скорость испарения воды со свободной поверхности

W/(F) = c (H-h) /B, (8.10)

где W - количество испарений влаги, кг

 - продолжительность испарения, ч;

F - поверхность испарения, м² ;

с - коэффициент испарения;

H - давление пара в пограничном слое испаряющейся жидкости равняется парциальному давлению насыщенного пара, Па;

h - парциальное давление в окружающей воздушной среде, Па;

В - общее барометрическое давление, Па.

Коэффициент испарения воды

с = а, (8.11)

где a - коэффициент;

 - массовая скорость воздуха, кг/(м² с).

Обобщенное уравнение скорости испарения жидкости со свободной поверхности, предложенное А.В.Лыковым:

(8.12)

коэффициент испарения

с = k Reⁿ, (8.13)

Re =  / - критерий Рейнольдса;

 - скорость движения воздуха, м/с;

- размер поверхности испарения по направлению потока воздуха, м;

 - кинематическая вязкость воздуха, м² /с;

М- молекулярная масса испраяющейся жидкости, кг/кМоль (М_{H О} = 18,016 кг/ кМоль);

L - ширина поверхности испарения в направлении, перпендикулярном направлению движения воздуха, м;

R - газовая постоянная: R =8,3144 Дж/(Моль^. К);

D - коэффициент диффузии для системы воздух - водяной пар, м² /ч;

D = 0,0754B₀ /B , (8.14)

B₀ - давление при нормальных условиях, равное 0,1013 МПа;

T_п - температура нагрева воздушной смеси в пограничном слое, К;

T_п =0,5 (T_п.ж.+ T_c), (8.15)

T_п.ж. - температура поверхности жидкости (принимается температура жидкости), К;

T_c - температура окружающего воздуха, К.

Для решения формулы сначала находят число Re, а затем с:

Re =200  20000, c= 0,5 Re^0,58 ; Re= 20000200000 ; с=0,85 Re^0,76 .

8.2. Расчет продолжительности сушки

Г.К. Филоненко разработал метод приведенной скорости для расчета продолжительности сушки. На основе анализа данных экспериментального исследования он позволяет установить связь между скоростью сушки и влагосодержанием материала, исключить влияние параметров сушильного агента. Зависимость метода приведенной скорости сушки только от физико-химических свойств материала и энергии связи влаги с материалом позволяет использовать уравнение продолжительности сушки, полученное в результате исследования процесса сушки на опытных стендах, в инженерных расчетах сушильных установок любой производительности.

Продолжительность сушки  в (мин)

, (8.16)

Показатель степени m является постоянной величиной для данного материала, не зависит от формы и размера частиц, влагосодержания, способа и параметров процесса сушки. Он характеризует энергию связи влаги с материалом, физико-химические свойства материала. При испарении свободной воды в периоде постоянной скорости сушки m=0.

m = 0,5 для рыбы, m = 1 для кальмара.

При известных значениях показателя степени m уравнения (35) имеют вид: при m=0,5

 = , (8.17)

при m=1

, (8.18)

В уравнениях 14.8 и 14.9 N - скорость постоянного периода сушки, % /мин.

W₁, W_к,W₂,W_р - влагосодержание материала начальное, критическое, конечное и равновесное, %;

A и  - массообменные коэффициенты, определяющие перемещение влаги внутри материала.

Величины этих коэффициентов для данного материала зависят как от размера и формы частиц т.е. от длины пути перемещения влаги внутри частицы, так и от фазового состояния перемещаемой влаги, т.е. от температуры и потенциала сушки воздуха.

Коэффициенты A и  можно рассчитать по уравнениям

А= с - dE_ср , (8.19)

 = еЕ_ср - f, (8.20)

В этих уравнениях Е_ср - среднеинтегральное значение потенциала сушки воздуха: E_ср =(t^c - t^м )_ср. Критическое влагосодержание материала W_к рассчитывают по уравнению

W_к = k - eE_{ср ,} (8.21)

Скорость постоянного периода сушки

N = a + bE_cр (F/М_с), (8.22)

где  - массовая скорость воздуха, кг/(м²с);

при сушке в неподвижном слое нужно подставить ,

F/М_с - величина, обратная удельная нагрузке материала, м²/кг.

Значения коэффициентов c,d,e,f.

Таблица 5

Материал	Размеры, мм	с	d	e	f
кальмар	8x8x8	700	4,83	0,0191	2,2
рыба	20х20х20	305	2,28	0,126	16,55

Значения коэффициентов k и l.

Таблица 6

Материал	Размеры, мм	Коэффициент
		k	l
Кальмар	8Х8Х8	250	1,1
Рыба	20Х20Х20	730	5

Значения равновесного влагосодержания W_р в уравнениях следует принимать в зависимости от температуры сушильного агента: при 100С и выше W_р =0; при 90С - W_р = 1; при 80С - W_p=3; при 60-70С-W_р=5.

Полученные зависимости позволяют относительно быстро и достаточно точно рассчитать продолжительность сушки пищевых материалов.

Для расчета периода прогрева материала вводится понятие условного влагосодержания W_у, которое больше начального W₁ , если начальная температура материала t_o меньше температуры материала t₁ в период постоянной скорости сушки. За счет тепла, затраченного на подогрев материала от t₀ до t₁ , можно было бы понизить влагосодержание материала от W_у до W₁ :

M_{c ,} (8.23)

W_у = W₁+(100 c_с.в. + W₁)(), (8.24)

где  - коэффициент, зависящий от вида и теплопроводности материала (для рыбы  = 0,60).

Величины коэффициентов a и b

Таблица 7

Материал	Размеры, мм	Коэффициент
		a	b
кальмар	8Х8Х8	5,4	0,54
рыба	20Х20Х20	8,2	0,174

Задание № 11

11.1. Рассчитать продолжительность сушки кальмара, если его начальная влажность 72%, а конечная - 24 %. Удельная нагрузка составляет 6 кг/м² , а процесс осуществляется воздухом с температурой 90С.

11.2. Рассчитать продолжительность сушки рыбы, если ее начальная влажность 78%, а конечная - 18%. Удельная нагрузка составляет 7 кг/м² , а процесс осуществляется воздухом с температурой 80С.