7.1.3. Періодичне сушіння

Аналіз процесів, що відбуваються в твердому матеріалі, який знаходиться в повітрі за постійних умов, дає уявлення про те, що саме потрібно регулювати.

Розглянемо роботу сушарки періодичної дії (рис.7.4). У сушарку завантажують шар вологого матеріалу і починають пропускати потік повітря, що має постійну температуру на вході. Оператору для отримання інформації про хід процесу необхідна реєстрація температури повітря на виході, оскільки він не може взяти пробу продукту, не відкриваючи сушарку.

Рис. 7.4. Шар матеріалу завантажують в сушарку і подають гаряче повітря доти, доки не буде досягнутий необхідний вологовміст матеріалу: ТС - регулятор температури; Т - давач температури; TR - реєстратор

температури.

Початкова температура твердого матеріалу може бути нижча за температуру повітря, виміряну мокрим термометром. Деяка кількість фізичної теплоти поглинатиметься шаром твердого матеріалу при нагріванні його до рівня показів мокрого термометра. Це буде помітним при незначному збільшенні температури повітря на виході з сушарки, після чого буде досягнутий стаціонарний стан (рис.7.5). Під час стаціонарного стану швидкість сушіння постійна. Це видно з теплового балансу. Температура повітря знижується пропорційно до кількості випаруваної вологи:

де G - масова витрата повітря, С - його теплоємність¹, - температура на вході (input temperature), виміряна сухим термометром, - температура на виході за показами сухого термометра (output temperature), - масова швидкість

випаровування, - питома теплота пароутворення (heat of vaporization).

Рис.7.5. Температура повітря на виході повинна змінюватися в інтервалі температур повітря на вході, виміряних мокрим і сухим термометрами.

Дійсна величина буде дещо вищою за температуру повітря за мокрим термометром. Оскільки температура твердого матеріалу прямує до значення , то для збереження рушійної сили процесу випаровування повинна

перевищувати

Нехай швидкість випаровування вологи з даної частинки пропорційна коефіцієнту швидкості сушіння R, площі поверхні , коефіцієнту масопереносу і різниці температур

При обтіканні частинки повітрям його температура знижується так, що:

Об'єднавши (7.6) і (7.7), одержимо: , що при інтегруванні

набуває вигляду:

1. Теплоємність — фізична величина, яка визначається кількістю теплоти, яку потрібно надати тілу для підвищення його температури на один градус. Позначається здебільшого великою латинською літерою С. Питома теплоємність — теплоємність одиничної маси тіла, позначається малою латинською літерою с. Для газів звичайно визначається також молярна теплоємність — теплоємність одного моля газу.[5]

За допомогою цього виразу за виміряними температурами визначають невідомі параметри a, R i A.

Зрештою наступає режим падаючої швидкості сушіння, про що свідчить збільшення температури повітря на виході. Але при зниженні швидкості, що супроводжується зменшенням , рушійна сила зростає, що підтверджується

збільшенням різниці . Якщо криву падаючої швидкості апроксимувати

прямою лінією, що проходить через початок координат, то R в рівнянні (7.8) можна замінити на , максимальна величина якої рівна і тоді:

Залежність між вологістю і температурою можна визначити шляхом підстановки (7.9) в (7.8):

Рівняння (7.10) можна застосовувати за умов постійної швидкості сушіння, при яких w замінюється на , а на . Якщо відомі значення то можна

визначити комплексні параметри процесу:

В такому разі рівняння (7.11) можна розвязати за величиною при якій одержують необхідну вологість кінцевого продукту

Процес перетворень можна продовжити ще на один крок, якщо виключити , виразивши його через . Тоді знаходять у вигляді:

Якщо вважати константами, то рівняння (7.13) можна звести до

вигляду:

де - регульована величина, чутлива до бажаного складу кінцевого продукту але не чутлива до температури мокрого термометра.