Тепло- и влагообмен между высушиваемым материалом и средой

Это один из определяющих явлений процесса сушки. Количественные характеристики этих явлений – коэффициенты теплообмена и влагообмена.

Сушка начинается с подвода теплоты высушиваемому материалу сушильным агентом. Интенсивность конвективного теплообмена на границе между сушильным агентом и материалом определяется уравнением

. (4.1)

где q – плотность теплового потока (количество теплоты, передаваемое в единицу времени к поверхности площадью 1 м²), Вт/м²;

a – коэффициент теплообмена между сушильным агентом и поверхностью материала, Вт/(м² × К);

t_c, t_n – температуры сушильного агента и поверхности материала, °С.

Сушка завершается удалением влаги с поверхности материала и поглощением ее сушильным агентом. Интенсивность влагообмена на границе между материалом и сушильным агентом определяется уравнением

(4.2)

Здесь q_m – плотность потока влаги (количество влаги, удаляемое в единицу времени с поверхности площадью 1 м²), кг влаги/(с × м²); a_m – коэффициент влагообмена между поверхностью материала и сушильным агентом, отнесенный к разности влагосодержаний , м/с; – влагосодержание поверхности материала, кг влаги/(кг с. м); – устойчивое влагосодержание, соответствующее состоянию сушильного агента, кг влаги/(кг с. м); – плотность абсолютно сухого материала, кг с. м/м³ (применительно к древесине может быть заменена базисной плотностью ).

Коэффициент теплообмена a – величина, характеризующая количество теплоты, передаваемое сушильным агентом единице поверхности материала в единицу времени при разности температуры между средой и поверхностью в 1 °С (1 К).

Коэффициент теплообмена при сушке в основном зависит от скорости движения агента сушки, его температуры t_c и размера материала (штабеля) l в направлении движения агента сушки, т.е. a = f( , t_c, l).

Значения коэффициента a определяют по номограмме (рис. 4.1). Из номограммы видно, что с повышением скорости движения агента сушки и с понижением его температуры коэффициент теплообмена a увеличивается; для короткого (по ходу движения агента сушки) образца он больше, чем длинного. С увеличением длины это влияние нивелируется.

Коэффициент влагообмена a_m – количество влаги удаляемое в единицу времени с поверхности площадью 1 м² при разности объемного влагосодержания в 1 кг влаги/м³ на поверхности материала.

Основными факторами, влияющими на величину коэффициента влагообмена a_m древесины, являются температура t_c (и, следовательно, древесины), скорость движения и степень насыщенности j агента сушки, т.е. a_m = f( , t_c, j).

С увеличением коэффициентов a и a_m продолжительность сушки t уменьшается.

Рис. 4.1. Обобщенная номограмма коэффициентов теплообмена
при сушке древесины [4]

Значения коэффициента a_m определяют по номограмме (рис.4.2)

Рис. 4.2. Номограмма средних значений коэффициента влагообмена
при сушке древесины [4]