2.2 Кинетика процесса сушки

При рассмотрении процесса сушки влажность материала можно классифицировать на удаляемую влагу и равновесную влажность (рисунок 2.2). Можно выделить область влажного состояния материала, когда влажность больше гигроскопической (влажность намокания), и область гигроскопического состояния материала. В первом случае давление пара жидкости над материалом равно давлению насыщенного пара свободной жидкости при температуре материала и не зависит от его влажности:

(2.1)

Если влажность материала меньше гигроскопической, то давление пара жидкости в материале меньше давления насыщенного пара свободной жидкости и является функцией влажности и температуры материала:

(2.2)

Характер протекания процесса сушки можно представить следующим образом.

Рисунок 2.3- Кривая скорости сушки

Если влажный материал ( ) поместить в среду нагретого воздуха ( ), то вследствие большего давления паров воды над поверхностью материала, чем в воздухе, происходит массообмен с окружающей средой. Одновременно количество тепла, необходимое для фазового превращения воды, будет подводиться путем конвекции от среды к материалу.

В начальный момент материал прогревается и соответственно повышается интенсивность испарения при постоянном давлении паров в среде. Этот период называют периодом прогрева. В определенный момент температура материала достигает температуры мокрого термометра, соответствующей данному состоянию окружающего воздуха, а давление паров воды над материалом равно давлению насыщенных паров чистой жидкости. В период удаления влаги до температура материала и давление паров жидкости над его поверхностью постоянны.

При неизменных параметрах воздуха ( ) количество воды, испаряющейся с 1 м² поверхности материала за 1 час, постоянно и не зависит от влажности материала. Этот период называют периодом постоянной скорости сушки. Следовательно, в этот период давление паров испаряющейся жидкости над поверхностью материала равно давлению насыщенных паров жидкости при температуре материала. Она равна температуре адиабатного испарения жидкости с соответствующими поправками на влияние растворенных веществ.

Как только влажность материала становится ниже гигроскопической, давление паров жидкости уменьшается, и интенсивность сушки падает. Одновременно повышается температура материала, причем характер повышения обуславливается его молекулярной структурой. При достижении равновесной влажности давление паров жидкости над поверхностью тела равно давлению паров в среде, и испарение влаги прекращается. Температура материала приближенно равна температуре окружающей среды. Этот период называют периодом падающей скорости сушки, когда интенсивность процесса является функцией влажности материала. Период прогрева в большинстве случаев непродолжителен по сравнению с общей длительностью процесса сушки, поэтому период постоянной скорости часто называют первым, а период падающей скорости - вторым периодом сушки.

Интенсивность сушки характеризуется количеством влаги, удаляемой с 1 м² поверхности в единицу времени. Скорость сушки выражается количеством влаги, удаляемой в единицу времени (в %/ч). Скорость сушки находят путем графического дифференцирования кривой сушки или разбивкой ее на равные по времени участки с последующим давлением величины убыли влаги в этих отрезках на длительность, т.е.:

(2.3)