Равновесие в процессах сушки

Большинство твердых материалов способно поглощать влагу из окружающей среды или отдавать ее окружающей среде. Окружающая влажный материал среда содержит либо водяной пар, либо смесь водяного пара с газами. Обозначим парциальное давление водяного пара , если он в смеси с газами или без них является окружающей средой.

Влаге, содержащейся в материале, соответствует определенное равновесное давление водяного пара над влажным высушиваемым материалом. Равновесное давление водяного пара над материалом зависит от влажности материала, температуры и характера связи влаги с материалом. Если , то происходит процесс сушки, иначе – имеет место увлажнение материала.

С ростом температуры и скорости движения газа относительно влажного материала возрастает. Абсолютное значение этой величины зависит от характера связи влаги с материалом. Чем сильнее эта связь, тем меньше . Влажность материала, отвечающая условию , соответствует достижению равновесия.

Согласно схеме, предложенной П.А. Ребиндером различают несколько форм связи влаги с материалом. Рассмотрим их в порядке убывающей энергии связи.

Химически связанная влага. Содержится в материале в виде химических соединений типа гидрооксидов или кристаллогидратов. Связь может быть нарушена при проведении химической реакции или прокаливания. При сушке эта влага не удаляется.

Адсорбционно связанная влага. Влажность материала обусловлена адсорбцией воды на наружной поверхности материала и на поверхности его пор.

Осмотически связанная влага (влага набухания) содержится внутри структурного скелета материала и удерживается осмотическими силами.

В этих двух случаях связь воды с материалом имеет физико-химическую природу.

Капиллярно связанная влаганаходится в макро- и микрокапиллярах. Имеет механическую связь с материалом, поэтому наиболее легко удаляется.

Давление пара над поверхностью материала тем меньше, чем прочнее связь между водой и материалом.

При сушке удаляется физико-химически- и механическисвязанная влага. Химически связанная влага обычно не удаляется, так как это могло бы привести к разрушению материала. Задачей сушки в большинстве случаев является удаление влаги с сохранением всех ценных физико-химических свойств и качеств материала.

Влажность, отнесенная к общему количеству вещества:

(12.1)

Влажность, отнесенная к количеству находящегося в нем абсолютно сухого вещества:

(12.2)

Количество абсолютно сухого вещества не меняется в процессе сушки и для упрощения расчетов обычно используют .

2.Материальный и тепловой баланс сушильной установки. Материальный баланс сушки

Рис.12.2. К материальному балансу процесса сушки

Обозначим количество влажного материала, поступающего на сушку, G_н, кг/ч; количество высушенного материала G_к, кг/ч; влажность на входе и на выходе соответственно w_н, w_к, % масс., а количество испаренной влаги W, кг/ч (рис.12.2).

Тогда материальный баланс процесса сушки запишется:

, или , (12.3)

по высушиваемому материалу

, (12.4)

. (12.5)

Целью материального баланса является определение количества испаренной влаги

. (12.6)

По сушильному агенту материальный баланс запишется

, (12.7)

где L – расход воздуха, кг/с.

. (12.8)

Формула (12.8) позволяет рассчитать количество свежего воздуха, необходимого для удаления W кг влаги из влажного материала.

При расчете и анализе процесса сушки используется понятие «удельный расход воздуха».

Удельный расход воздуха – это расход воздуха, необходимый для испарения 1 кг влаги [кг сухого воздуха/кг испаряемой влаги]

(12.9)

или

. (12.10)

Удельный расход воздуха легко определяется по диаграмме «Ix», при этом задаются значением х₀ и определяют значение х₂.

По известному расходу воздуха на сушку выбирают вентилятор необходимой мощности и производительности.