8.1.8 Кинетика процесса сушки

Скорость сушки определяется с целью расчета продолжительности сушки.

И

Рисунок 8.13 – К определению

движущей силы процесса сушки

Кинетика сушки характеризуется изменением средних значений влагосодержания материала и средних температур.

Скорость сушки зависит:

– от внутренней структуры материала, его теплофизических свойств, размеров, формы и состояния внешней поверхности;

– от параметров сушильного агента – его температуры, относительной влажности, скорости движения относительно материала.

Кинетика сушки характеризуется изменением во времени средней влажности, отнесенной к количеству абсолютно сухого материала (рисунок 8.14). Зависимость между влажностью материала и временем изображается кривой сушки, которую строят по опытным данным.

Данные о скорости сушки, полученные с помощью кривых сушки, изображаются в виде кривых скорости сушки, которые строят в координатах «скорость сушки – влажность материала».

В

Рисунок 8.14 – Кривая сушки материала

Под скоростью сушки понимают изменение влажности материала в единицу времени, т.е. первую производную функции , которая обычно рассматривается по абсолютной величине. Кривая скорости сушки, соответствующая кривой сушки, изображена на рисунке 8.15.

В зависимости от того, какая из стадий является лимитирующей, различают периоды внутренней и внешней диффузии. В начале сушки, когда влажность материала высокая, скорость процесса постоянна (ВС). Это объясняется тем, что испарение влаги с поверхности материала успевает компенсироваться ее подводом из глубины. Это первый период сушки, для которого характерны:

– постоянная скорость сушки;

– постоянная температура материала, которая равна температуре мокрого термометра. Температура мокрого термометра – когда температура испаряющейся жидкости соответствует температуре смоченного термометра (т.е. температура газа равна температуре жидкости).

Скорость первого периода сушки определяется по уравнению

, (8.21)

где F – поверхность испарения, м²;

β – коэффициент массоотдачи, м²/с.

Из уравнения (8.21) можно определить продолжительность сушки в первом периоде:

. (8.22)

В этом периоде скорость сушки определяется температурой сушильного агента, скоростью движения воздуха относительно материала и поверхностью материала.

По мере испарения влаги влажность материала уменьшается, при достижении значения х_кр на поверхности материала появляются сухие места и скорость сушки начинает падать (второй период сушки).

Для второго периода сушки характерны: образование на поверхности сухих мест, углубление поверхности испарения внутрь материала, повышение температуры материала.

Скорость сушки во втором периоде определяется по уравнению

, (8.23)

где К – коэффициент скорости сушки;

х – текущее влагосодержание.

Из уравнения (8.23) продолжительность сушки во втором периоде

. (8.24)

Во втором периоде сушки скорость зависит от пористости материала, размера пор, температуры и влажности сушильного агента. Следовательно, чем мельче материал, тем быстрее идет сушка.

Общее время сушки будет складываться из продолжительности сушки в первом и втором периодах. Чем пористее материал, тем больше продолжительность сушки в первом периоде, чем больше толщина материала, тем больше продолжительность сушки во втором периоде.