6.3 Проведение замеров для определения температуры и влажности материала при конвективной сушке

Для лабораторного исследования конвективной сушки используется сушильный шкаф СЭШ-3М.

Методика проведения конвективной сушки аналогична методике, описанной в пункте 6.2. Ввиду того, что скорость сушки в данном шкафу выше, чем в терморадиационной сушилке УС-4, толщину слоя исходного материала можно увеличить до 30 мм. При такой значительной толщине высушиваемого слоя материала в бюксе замеры температуры можно производить при помощи термометра ТС-4М, вмонтированного в крышку бюкса.

Результаты замеров заносят в таблицу 2.

7 Обработка опытных данных

7.1 Расчет начальной влажности материала

Влажность материала в процентах, отнесенную к общей массе, определяют по формуле

.

Результаты расчетов по данной формуле заносят в таблицу 1.

По результатам расчета для двух проб находят среднюю начальную влажность материала

.

Кривые сушки строят обычно, используя влажность материала по отношению к сухой массе, которую можно рассчитать по формуле

.

7.2 Расчет влажности материала

Влажность материала по отношению к сухой массе для i-го замера (i = 1, 2, …, k) определяют по формуле

,

где - масса влаги в материале для i-го замера;

- масса сухой части материала, определенная по формуле

,

где - масса материала, загруженного в сушильную камеру;

– начальная влажность материала, %.

Масса влаги в материале для i-го замера равна

,

где - масса материала при i-ом замере.

7.3 Построение кривой сушки

На основании данных таблицы 2 на миллиметровой бумаге откладывают на оси ординат значения влажности , начиная от начальной , а по оси абсцисс - время τ от начала опыта в минутах (рисунок 3).

Рисунок 3 – Кривые: 1 ­– сушки материала; 2 – нагрева материала

7.4 Построение кривой скорости сушки

Кривую скорости сушки строят методом графического дифференцирования кривой сушки. Для этого на кривой сушки (см. рисунок 3) помечают несколько (6-10) точек. В каждой точке проводят касательную к кривой и находят тангенс угла ψ наклона каждой касательной. Например, для точки 6 тангенс угла касательной будет равен

,

где а – величина отрезка на оси ординат, %

б – величина отрезка вдоль оси абсцисс, мин.

Рисунок 4 – Кривая скорости сушки

Найденные таким образом тангенсы угла наклона касательных во всех точках имеют размерность % / мин.; они показывают изменение влажности материала за единицу времени. Рассчитанные значения скорости сушки записывают в таблицу 3.

Таблица 3 – Результаты графического дифференцирования кривой сушки

Номер точки на кривой сушки	Влажность материала Wc, %	Скорость сушки dWc / dτ, %/мин
1	Wc1
…	…	…
n	Wcn

При нахождении скорости сушки будет обнаружено, что для некоторых точек в начале процесса тангенсы угла наклона одинаковы. Этот период сушки называют периодом постоянной скорости – N. В этот период происходит интенсивное испарение влаги на поверхности материала. В этой области удаляется влага, которая слабо связана с сухим веществом материала, например, осмотически удержанная вода. Теплота испарения такой воды не превышает теплоту испарения свободной воды.

При некоторой влажности, называемой первой критической , влажность на поверхности материала становится равной гигроскопической. С этого момента происходит углубление зоны испарения, уменьшается коэффициент влагопроводности (коэффициент диффузии влаги), и процесс сушки протекает с убывающей скоростью - это второй период.

Кривая сушки асимптотически с течением времени приближается к линии равновесной влажности . Равновесная влажность материала – это влажность, соответствующая состоянию динамического равновесия между материалом и влажным воздухом, т. е. когда парциальное давление пара у поверхности материала равно парциальному давлению пара в воздухе. Влажность зависит от режима сушки.

По данным таблицы 3 на миллиметровой бумаге строят кривую скорости сушки в координатах dW^c / dτ – W^c, т. е. на оси ординат откладывают скорость сушки, а на оси абсцисс – влажность материала (рисунок 4). На этом графике также отмечают критическую точку, соответствующую ей критическую влажность и два периода сушки.

Следует заметить, что для некоторых материалов, прочно удерживающих влагу (например; адсорбированную, микрокапиллярную), и характеризующихся малой влагопроводимостью, период постоянной скорости может иметь малую величину или совсем отсутствовать.