Типичные кривые скорости сушки, изменение среднеинтегральной температуры материала, и скорости сушки при постоянных режимных параметрах сушильного агента

Скорость сушки определяется уменьшением влажности dw^c за некоторый бесконечно малый отрезок времени dt, т.e.

(5)

или для конечных отрезков времени скорость сушки определяется количеством влаги (DW), удаленной пo отношению к 1 кг абсолютно сухого вещества материала (G_ас) в единицу времени (Dt) и средняя скорость в данном случае будет равна

. (6)

Кинетика сушки влажного материала обычно исследуется экспериментально путем нахождения зависимостей температуры прогрева высушиваемого материала t = f₁(t), кривой сушки и скорости сушки. Во всех этих зависимостях легко установить наличие трех этапов протекания процесса.

Рис.1. Кривая сушки и прогрева высушиваемого материала

На температурной кривой вначале наблюдается прогрев материала от температуры, с которой он вносится в сушилку (t_н), до температуры мокрого термометра (t_м), отвечающей температуре и влажности сушильного агента, поступающего в сушку (участок ab). Затем температура материала остается постоянной, равной температуре мокрого термометра, до тех пор, пока не удалится вся свободная влага (участок bc). После этого происходит постепенное повышение температур материала и в конце процесса сушки она может сравняться с температурой сушильного агента, находящегося в контакте с сухим материалом (участок сd).

В период прогрева материала наблюдается сравнительно медленное удаление влаги (участок АВ на кривой сушки w^с = f₂ (t)). Затем условно выделяют прямолинейный участок ВС, который называется первым периодом сушки. Он соответствует удалению свободной влаги, покрывающей поверхность материала. После чего начинается удаление связанной влаги (участок СД) – второй период сушки. Точка С, разделяющая первый и второй периоды сушки, называется критической точкой, а влажность материала, соответствующая ей – первой критической влажностью. Конечная влажность материала (точка Д) характеризует его равновесную влажность (w_p) при данных условиях сушки.

По кривым сушки строятся кривые скорости сушки, представляющие собой графическое выражение функции u = f₃ (t), или скорости сушки от абсолютной влажности образца (см. рис.2). Скорость сушки определяется по кривой сушки путем графического дифференцирования как тангенс угла наклона касательной, проведенной к кривой сушки в данной точке, к оси абсцисс (угол a на рис. 1).

Рис. 2. Кривая скорости сушки u = f(w^c)

На кривой скорости сушки различаются те же периоды, что и на кривых сушки и температуры материала. Начальный участок кривой АВ, соответствующий увеличению скорости сушки, отвечает прогреву материала при помещении его в сушилку. За ним следует горизонтальный отрезок ВС – период постоянной скорости сушки, которая в данном периоде лимитируется скоростью внешней диффузии (массоотдачи) влаги, т.е. ее перехода с поверхности испарения в окружающую среду. Скорость сушки в данном периоде будет зависеть от температуры и влажности сушильного агента, общего давления в сушилке и гидродинамики процесса.

Кривые скорости сушки в период падающей скорости могут быть различной конфигурации (линии 1-5 рис. 2), по их виду можно судить о форме связи влаги с материалом. Так, линия 1 является прямой, она характерна для тонких пористых материалов (бумага, тонкий картон, ткань и т.д.). Линия типа 2 соответствует сушке коллоидных тел, а линия типа 3 пористых керамических материалов(капиллярно пористых тел). Все эти линии имеют одну критическую точку С. Материалам, имеющим более сложную структуру, присущи более сложные кривые скорости сушки. Кривая 4 характерна для сушки глины, а кривая 5 - сухарей. На этих кривых наблюдается вторая критическая точка Е, которой соответствует вторая критическая влажность ( ). По мере удаления внутренней влаги материала давление водяного пара над его поверхностью уменьшается, приближаясь в пределе к величине парциального давления паров воды в сушильном агенте (Р_п). Следовательно, движущая сила процесса сушки уменьшается, приближаясь к нулю DР = Рн - Рп ® 0, и скорость процесса асимптотически приближается к нулю.

Характер влияния режимных параметров сушильного агента на критическое влагосодержание.

Критическое влагосодержание при косвенной сушке зависит от вида и размера материала. А так же от режимных параметров сушки: температуры, скорости и относительной влажности сушильного агента.

13) Расчёт продолжительности сушки (метод А.В. Лыкова).

Для определения продолжительности сушки рассмотрим этого процесса. Процесс сушки имеет два периода, а именно период постоянной и период переменной скорости. Во время первого периода происходит процесс испарения воды со всей поверхности продукта, который подвергается сушке, это происходит так, как если бы эта влага испарялась с зеркала какого-то объема жидкости. Здесь скорость процесса сушки будет оставаться постоянной и определяется она лишь скоростью внешней диффузии или диффузией пара с поверхностного слоя материала. Процесс постоянной скорости сушки подчиняется закону Дальтона:

M = dW/F∙dτ = β_h∙(H-h),

где М — масса влаги, которая удаляется с кв.метра поверхности жидкости в единицу времени, кг/(м²∙ч);

Н и h — соответственно упругость пара над материалом и парциональное давление пара в воздухе в мм рт.ст.;

β_h — коэффициент испарения влаги в воздух (коэффициент интенсивности испарения) в кг/(м²∙ч∙мм рт. ст.):

β_h = 0,0229 + 0,0174×ω_В,

где ω_В - скорость воздуха над материалом, м/с.

В периоде переменной скорости сушки, т.е. втором, скорость определяется движением паров влаги из внутренних слоев материала к его поверхности, так называемой внутренней диффузией.

В начале второго периода на продукте начинается образование плотного слоя – корки. В следствие этого общая поверхность испарения уменьшается, что в свою очередь приводит к увеличению сопротивления внутренней диффузии.

Количество воды, которая испаряется, становится все меньше. Закон, по которому это происходит, выглядит следующим образом:

,

где i₁, i₂– плотность потока влаги за счет соответственно диффузии и термодиффузии в кг/(м²∙ч);

– коэффициент потенциалопроводности в м²/ч;

– градиент влаги по толщине в кг/(кг∙м);

– плотность абсолютно сухого вещества в кг/м²;

– термоградиентный коэффициент в кг/(кг∙°C)

– градиент температуры по толщине в °С/м.