Кинетика процесса конвективной сушки.

Процесс конвективной сушки характеризуется изменением во времени основных параметров влажного твердого материала и влажного воздуха. Закономерности изменения этих параметров во времени называются кинетикой процесса конвективной сушки.

Концентрация влаги в твердом материале больше равновесной, влага, испаряясь, перемещается из твердой фазы в газовую. В начальный момент времени влагосодержание материала постоянно во всем объеме, а в дальнейшем, вследствие испарения, влагосодержание материала у поверхности понижается, то есть в теле возникает градиент влагосодержания. Под их действием влага перемещается от центра тела к поверхности, испаряется в виде пара диффундирует в ядро газовой фазы.

Скорость сушки определяет изменение влагосодержания твердого материала по времени.

Вид кривой сушки для каждого твердого материала индивидуален (рис. 5.5).

АВ – соответствует периоду прогрева влажного материала, ВС – периоду испарения поверхностной влаги (первый период), CD – периоду падающей скорости (второй период).

Рис.5.5. Кривая сушки (1) и кривая нагрева влажного материала (2).

В период прогрева подводимая к телу теплота расходуется на прогрев материала от начальной температуры до температуры мокрого термометра и на испарение части влаги.

В периоде постоянной скорости сушки влажность материала интенсивно уменьшается по линейному закону, вся теплота идет на интенсивное поверхностное испарение влаги, и температура материала остается постоянной, практически равной температуре испарения жидкости со свободной поверхности.

В периоде падающей скорости сушки испарение влаги с поверхности материала замедляется, его температура начинает подниматься и может достигнуть температуры газовой фазы . С уменьшением влажности материала вклад внутридиффузионного сопротивления в общее сопротивление процесса увеличивается, общее сопротивление диффузии возрастает, а скорость сушки падает. Снижается также концентрации пара у поверхности испарения, приближаясь к концентрации пара в газовой фазе.

Скорость сушки может быть определена в каждый конкретный момент времени по кривой АВСD методом графического дифференцирования.

На рис.5.6 отчетливо видны зона прогрева (АВ), период постоянной сушки (ВС) и период падающей скорости сушки (СD). Линии 1 – 4 на участке СD принадлежат различным материалом.

Так, прямая линия 1 характерна для сушки тонких пористых материалов (бумага, картон), линия 2 соответствует сушке коллоидных тел, линия 3 – капиллярно – пористых материалов, линия 4 – материалов более сложной структуры. Наличие для линии 4 дополнительной критической точки (на пересечении линии 1 и 4) характеризует об изменении механизма перемещения влаги внутри твердого тела. Для многих материалов эта точка соответствует началу удаления абсорбционно связанной влаги. Нижняя часть 4-кривой – удаление адсорбционной влаги, верхняя часть – удаление капиллярной влаги.

Обычно кривые сушки и скорости сушки получают опытным путем.