Уравнения скорости сушки

В первый периодсушки удаляется свободная влага, испарение которой можно рассматривать как испарение воды со свободной поверхности. При уменьшении влажности материала вплоть до первой критической точки парциальное давление пара в поверхностной пленке не изменяется, Поэтому движущей силой процесса в первый период сушки будет , и скорость сушки [в кг / (ч-м²)] может быть выражена уравнением:

. (3-39)

Таким образом, в первый период скорость сушки, отнесенная к единице поверхности, зависит от , плотности сушильного агента и его скорости.

Следовательно, в первый период определяющими факторами являются параметры сушильного агента. Скорость диффузии влаги внутри материала не определяет интенсивности испарения.

Во второй период сушки кинетические закономерности более сложные, что видно из кривых скорости сушки. В этот период начинает удаляться связанная вода. При этом парциальное давление водяных паров на поверхности материала становится меньше давления чистой воды при той же температуре. В этот период давление водяного пара является функцией температуры материала и его влажности на поверхности. Последняя же зависит от скорости перемещения влаги в материале. Значит, скорость сушки в этот период зависит не только от диффузии влаги в окружающий воздух, но также от влагопроводности материала. Таким образом, во второй-период скорость сушки определяется явлениями, связанными с перемещением влаги внутри материала. Допустим, что во второй период сушки движущей силой процесса сушки является разность между влажностью материала w и равновесной влажностью w_p. Скорость сушки во втором периоде:

(3-40)

где К — коэффициент сушки, характеризующий интенсивность влагообмена.

Для второго периода сушки начальная влажность материала соответствует критической влажности (рис. 9.4.) или, точнее, приведенной критической влажности. Приведенная критическая влажность может быть определена, как показано на рис. 9.4. Принимают, что линия сушки во второй период является прямой. Для построения этой прямой проводят линию АВ так, чтобы она отсекала равновеликие площади (заштрихованы). Точка К_пможет лежать вправо или влево от точки K₁ в зависимости от типа кривой сушки. Точке К соответствует приведенная критическая влажность .

Проинтегрируем уравнение (3-40) в пределах от до :

, (3-41)

где - конечная влажность материала.

Из последнего выражения получаем продолжительность второго периода сушки:

. (3-42)

Коэффициент сушки К должен быть найден экспериментально. Если принять, что во второй период кривая скорости сушки может быть заменена прямой (рис.3.18.), то коэффициент сушки может быть представлен:

, (3-43)

где R — определяющий геометрический размер высушиваемого тела; для пластины R равен ½ ее толщины; b — коэффициент внешнего влагообмена, м/ч; — коэффициент потенциалопроводности массопереноса, м²/ч. Этот коэффициент аналогичен коэффициенту температуропроводности, зависит в основном от формы связи влаги с материалом и температуры материала и определяет внутренний перенос влаги.

При введении коэффициента сушки считают, что влагокоэффициенты не изменяются в процессе сушки; точнее расчет вести по зонам. Из уравнения (3-43) следует, что коэффициент К уменьшается с увеличением размеров высу-шиваемого тела, следо-вательно, согласно уравнению (3-42) продолжительность сушки при этом увеличится. Таким образом, во второй период сушки большую роль играют геометрические формы высушиваемых тел, влажность материала, влагопроводность его. Имеют также значение, хотя и меньшее, чем в первый период, скорость движения воздуха и его параметры.