ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Скорость сушки из "Основные процессы и аппараты химической технологии Издание 8" Сравнивая величину gi с удельным расходом тепла q в воздушной сушилке, работающей при одинаковых начальных и конечных параметрах сушильного агента, можно установить, что удельный расход тепла на 1 кг испаренной влаги больше в газовых сушилках, чем в воздушных ( 1 q)- Однако критерием сравнения указанных сушилок должен быть не удельный расход тепла, а расход топлива на 1 кг испаренной влаги, который ниже для сушилок, работающих на топочных газах. Экономия топлива, а также меньшие капитальные затраты (в связи с отсутствием воздухонагревательных устройств) относятся к числу преимуществ сушки топочными газами по сравнению с сушкой горячим воздухом. [c.643] Скорость сушки определяется с целью расчета продолжительности сушки. [c.643] Скорость и периоды сушки. Процесс сушки протекает со скоростью, зависящей от формы связи влаги с материалом и механизма перемещения в нем влаги. Кинетика сушки характеризуется изменением во времени средней влажности материала, отнесенной к количеству абсолютно сухого материала w . Зависимость между влажностью материала и временем т изображается кривой сушки (рис. XV-14), которую строят по опытным данным. [c.643] В общем случае кривая сушки состоит из нескольких участков, соответствующих различным периодам сушки. Как видно из рисунка, после очень небольшого промежутка времени, периода прогрева материала, в течение которого влажность снижается незначительно (по кривой АВ), наступает период постоянной скорости сушки (I период). При этом влажность материала интенсивно уменьшается по прямолинейному закону (прямая ВС). Такое уменьшение влажности наблюдается до достижения первой критической влажности йУкрь после чего начинается период падающей скорости сушки (П период). В этом периоде уменьшение влажности материала выражается некоторой кривой (кривая СЕ), которая в общем случае состоит из двух участков различной кривизны (отрезки D и DE). Точка перегиба D соответствует второй критической влажности о)кр2- В конце второго периода сушки влажность материала асимптотически приближается к равновесной. Достижение равновесной влажности Шр означает полное прекращение дальнейшего исиаре ния влаги из материала (точка К). [c.643] Влажность материала обычно выражаегся В %,хотя по смыслу она должна выражаться в кг/кг [кг влаги на кг сухого материала). Поэтому скорость сушки выражается в сек или в зависимости от того, в каких единицах измеряется время сушк и. [c.644] Скорость сушки может быть определена с помощью кривой сушки путем графического дифференцирования. Для материала данной влажности скорость сушки будет выражаться тангенсом угла наклона касательной, проведенной к точке кривой, отвечающей влажности матери ала. В частности, для I периода скорость сушки будет соответствовать tg а = onst (рис. XV-14). [c.644] В каждом конкретном случае вид функции ш- = /(т) может отличаться от приведенной на рис. XV-14 в зависимости от формы и структуры материала, а также вида связи с ним влаги. Данные о скорости сушки, полученные с помощью кривых сушки, изображаются в виде кривых скорости сушки, которые строят в координатах скорость сушки — влажность материала. [c.644] На рис. XV-15 показана кривая скорости сушки, соответствующая кривой сушки на рис. XV-14. Горизонтальный отрезок ВС отвечает периоду постоянной скорости (I период), а отрезок СЕ — периоду падающей скорости (// период). В первый период происходит интенсивное поверхностное испарение свободной влаги. В точке С (при первой критической влажности ШкрО влажность на поверхности материала становится равной гигроскопической. С этого моменга начинается испарение связанной влаги. Точка D (вторая критическая влажность) соответствует достижению равновесной влажности на по в, е р х н о с т и материала (внутри материала влажность превышает равновесную). Начиная с этого момента и вплоть до установления равновесной влажности по всей толще материала, скорость сушки определяется скоростью внутр енней диффузии влаги из глубины материала к его поверхности. Одновр еменно вследствие высыхания все меньшая поверхность материала ост ается доступной для испарения влаги в окружающую среду и скорость сушки падает непропорционально уменьшению влажности да материала. [c.644] Вид кривых скорости сушки во втором периоде весьма разнообразен (рис. ХУ-16). Кривая 1 типична для капиллярно-пористых материалов сложной структуры, для которых верхний участок кривой соответствует удалению капиллярной влаги, а нижний— адсорбционной. Линии 2 и 3 характерны для тонколистовых материалов с большой удельной поверхностью испарения влаги (бумага, ткань и т. п.), кривая 4 — для керамических изделий, обладающих меньшей удельной поверхностью испарения и теряющих в процессе сушки в основном капиллярную влагу. Точка перегиба, соответствующая 2 (кривая i), может быть выражена нечетко или отсутствовать совсем (линии 2, 3. 4). [c.645] За кратковременный период прогрева материала его температура быстро повышается и достигает постоянной величины — температуры мокрого термометра В период постоянной скорости сушки (/ период) все тепло, подводимое к материалу, затрачивается на интенсивное поверхностное испарение влаги и температура материала остается постоянной, равной температуре испарения жидкости со свободной поверхности м)- период падающей скорости (II период) испарение влаги с поверхности материала замедляется и его температура начинает повышаться (0 / ). Когда влажность материала уменьшается до равновесной и скорость испарения влаги падает до нуля, температура материала достигает наибольшего значения — становится равной температуре окружающей среды (0 = /g). [c.645] Температурная кривая на рис. XV-17 (сплошная линия) характерна для материалов, высушиваемых в виде тонких слоев. Для материалов, высушиваемых в толстом слое, при конвективной сушке температура во внутренних частях в течение почти всего процесса ниже, чем на поверхности (см. пунктирную линию на рис. XV-17). При сушке тонких пластин это отставание температуры проявляется значительно слабее и может возникать только во II период, в пределах от и Шкр2, когда происходит углубление поверхности испарения материала. [c.645] Интенсивность испарения влаги связана с механизмом тепло- и массообмена влажного материала с окружающей средой. Как отмечалось, этот механизм является достаточно сложным, так как включает процессы перемещения влаги из глубины материала к его поверхности и перемещения влаги (в виде пара) с поверхности материала в окружающую среду. Каждый из этих процессов подчиняется собственным закономерностям и протекает с различной интенсивностью в разные периоды сушки. [c.646] В уравнении (XV, 52) парциальные давления пара и а также барометрическое давление В выражены в мм рт. ст. [c.646] Трудность практического использования уравнений (XV, 52) и (XV, 53) заключается в том, что Р и соответственно Ыи зависят не только от основного фактора — скорости воздуха (газа), но и от многих других условий обтекания сушильным агентом поверхности материала, ее формы и размеров, температуры сушки и т. п. [c.647] Критерии Nu, Ке и Рг определяются при средней температуре воздуха. Однако из уравнения (XV, 55) следует, что при испарении жидкости со свободной поверхности массообмен интенсифицирует теплообмен и приближенная аналогия между тепло-и массообменом (см. главу X) не соблюдается. Этот вывод, а следовательно, и уравнение (XV, 55) требуют дальнейшей проверки и уточнения в связи с трудностью надеж-ного измерения температуры поверхности испарения и концентрации пара непосредственно у этой поверхности. [c.647] Перемещение влаги внутри материала. При испарении влаги с поверхности материала внутри него возникает градиент влажности, что и обеспечивает дальнейшее перемещение влаги из внутренних слоев материала к его поверхности (внутреннюю диффузию влаги). В / период сушки перепад влажности внутри материала столь велик, что лимитирующее влияние на скорость сушки имеет скорость поверхностного испарения (внешняя диффузия). Однако, после того как влажность на поверхности снижается до гигроскопической и продолжает уменьшаться, т. е. во // период сушки, определяющее значение для скорости процесса приобретает внутренняя диффузия влаги. [c.647] В / период сушки влага внутри материала перемещается в виде жидкости (капиллярная и осмотически связанная влага). С началом II периода начинается неравномерная усадка материала. На стадии равномерно падающей скорости наблюдаются местные углубления поверхности испарения и начинается испарение внутри материала. При этом капиллярная влага и некоторая часть адсорбционно связанной влаги перемещаются уже внутри материала в виде пара. [c.647] В дальнейшем поверхностный слой материала постепенно полностью высыхает, внешняя поверхность испарения становится все меньше геометрической поверхности материала и соответственно возрастает сопротивление внутренней диффузии влаги. Поэтому на стадии неравномерно падающей скорости II периода наиболее прочно связанная с материалом адсорбционная влага перемещается внутри него. только в виде пара. [c.647] Знак минус в правой части этого выражения показывает, что влага движется от слоя с большей к слою с меньшей концентрацией влаги, т. е. в направлении, противоположном градиенту концентрации. [c.648] В условиях конвективной сушки явление термовлагопроводности может оказывать некоторое противодействие перемещению влаги из глубины к поверхности материала (где температура выше, чем во внутрених слоях) только в период падающей скорости при удалении влаги из толщи материала. [c.648] Вернуться к основной статье