Кинетика сушки. Задачи кинетики сушки. Форма связи влаги с материалом.

Скорость процесса сушки зависит от множества факторов: природы высушиваемого материала и влаги, температуры процесса, скорости движения сушильного агента над поверхностью материала, геометрии материала, конструкции сушильной камеры, а также от формы связи влаги с материалом.

В рамках кинетики сушки решается несколько задач: определение механизма процесса сушки; определение скорости сушки и ее продолжительности. Решение первой задачи позволяет определить оптимальный режим процесса сушки. Решение второй задачи способствует определению размеров сушильного аппарата.

Различают следующие формы связи влаги с материалом:

а) механическая связь – связь твердого вещества с поверхностной влагой в произвольных соотношениях; такая влага, удерживаемая силами механического сцепления, называется поверхностной или свободной, наиболее легко удаляемая;

б) физико-химическая связь – связь обеспеченная осмотическими, капиллярными и сорбционными силами; осмотические силы значимы при высокой влажности материала, перемещение влаги происходит в виде жидкости; капиллярные силы проявляют себя при средней влажности, влага перемещается в виде пара и жидкости; сорбционные силы действенны при низкой влажности материала, перемещение влаги происходит в парообразном состоянии;

в) химическая связь – строго в определенных количественных соотношениях, является наиболее прочной (кристаллогидраты).

Влага, удерживаемая физико-химической и химической связями, носит общее название – связанная влага.

Примечание. Осмос (толчок, давление) – диффузия вещества (обычно растворителя) через полупроницаемую перегородку.

Давление насыщенного пара над вогнутой жидкой поверхностью всегда меньше чем над плоской поверхностью при той же температуре. Чем больше кривизна вогнутого мениска, тем больше понижается давление пара.

6.4. Кинетика сушки. Кривые сушки. Кривые скорости сушки.

Удаление влаги различных форм связи с материалом имеет свои особенности, которые выявляются при построении кинетических кривых процесса сушки.

Кривая сушки представляют собой зависимость относительной влажности материала от времени процесса сушки (рис. 5.4.а). Характер кривой определяется экспериментально при постоянной температуре процесса. На небольшом начальном участке кривой сушки изменение влажности мало, здесь имеет место прогрев материала. Далее влага удаляется с постоянной скоростью, о чем свидетельствует прямолинейный участок кривой. Говорят о сушке в первом периоде (периоде постоянной скорости). В этот период удаляется свободная влага.

В последующем удаление влаги происходит с падающей скоростью, когда с течением времени влажность материала асимптотически приближается к равновесной величине. Этот период называют вторым периодом сушки (периодом удаления связанной влаги).

Более наглядными являются кривые скорости сушки. Под скоростью сушки понимается изменение влажности материала в единицу времени , здесь отрицательный знак обусловлен отрицательным знаком производной. Пример кривой скорости сушки показан на рисунке 5.4.б. Кривая скорости сушки построена методом графического дифференцирования кривой сушки (см. рис. 5.4.а). Период прогрева материала опущен. Первому периоду соответствует горизонтальный участок. Во втором периоде кривые скорости сушки в зависимости от свойств материала и влаги могут идти различным образом. Общим является устремление этих линий к равновесной влажности материала, достижение которой возможно только при бесконечно долгой сушке.

Кривые скорости сушки снятые для различных температур служат основой для решения первой задачи кинетики сушки: выбора оптимального способа и аппарата для сушки этого влажного материала.

Для решения задачи проектирования пользуются величиной, называемой напряжением по влаге, отнесенное или к 1 м³ объема сушильной камеры, , или к 1 м² условной поверхности (если испарение влаги происходит в небольшом слое материала или с поверхности тонкого листового материала) . Напряжение по влаге находят по средним данным эксплуатации промышленных установок.