ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кинетика сушки из "Процессы и аппараты химической технологии Часть 2" Как уже указывалось выше, кинетика сушки характеризуется измС нением средних влагосодержаний материала и температур, которые в общем случае описываются уравнениями (21.3) и (21.4). При эгом скорость сушки ён /ёт существенно зависит не только от внутрен ней структуры материала, его теплофизических свойств, размеров, формы и состояния внешней поверхности, но и от параметров сушильного агента-его температуры, относительной влажности, скорости движения относительно материала. [c.233] Таким образом, скорость сушки возрастает с уменьшением размера частицы высушиваемого материала, увеличением температуры газа и коэффициента теплоотдачи, который в свою очередь является функцией многих параметров. [c.233] В процессе сушки в каждый данный момент времени преобладает один из механизмов перемещения влаги, причем в разные периоды процесса механизм изменяется. Все эти процессы чрезвычайно сложны и еще недостаточно изучены, поэтому для решения технических проблем это направление, несмотря на его безусловную перспективность, используют редко. [c.234] Второе направление, основанное на учете влияния внешних воздействий на скорость сушки, используется чаще, так как его результатами можно с высокой степенью надежности воспользоваться при расчете и проектировании сушильного оборудования. [c.234] Подразумевая под сушкой процесс массообмена с твердой фазой, концентрация влаги в которой больше равновесной, можно констатировать, что испаряющаяся влага в соответствии с законами равновесия перемещается из твердой фазы в газовую. В начальный момент времени влагосодержание постоянно во всем объеме, а в дальнейшем, вследствие испарения, влагосодержание материала у поверхности понижается, т.е. в теле возникают градиенты влагосодержания. Под их действием влага перемещается от центра тела к поверхности, испаряется и в виде пара диффундирует в ядро газовой фазы. [c.234] Лыковым предложена теория, которая получила название углубления зоны испарения. Согласно этой теории в процессе сушки во влажном теле образуются зона испарения и влажная зона, которые изменяются во времени. Испарение происходит не только на поверхности, но и по всей толщине поверхностного слоя. Наибольшее количество жидкости испаряется на поверхности влажной зоны, а по мере приближения к поверхности тела испарение постоянно уменьшается. Причем в зоне испарения преобладает адсорбционная влага, а во влажной-капиллярная (испарение здесь происходит с поверхности менисков). Полагают, что на границе влажной зоны и зоны испарения газ полностью насыщен (ф = 100%), а в зоне испарения влажный газ находится в равновесии с влагой материала таким образом, можно связать влагосодержания материала и газа законом равновесия и вьфажать движущую силу сушки через газовую фазу. [c.234] Теоретически влагосодержание тела может достигнуть минимального значения w за бесконечно большой промежуток времени. Причем скорость процесса при стремлении влагосодержания к равновесному значению уменьшается, а в момент равновесия становится равной нулю, т.е. [c.235] Форма кривой сушки индивидуальна для каждого твердого вещества, но обычно изменение среднего влагосодержания тела во времени имеет вид кривой, представленной на рис. 21-9. [c.235] Как следует из рис. 21-9, кривая сушки (т) асимптотически стремится к горизонтальной прямой Wp. Одновременно на рис. 21-9 показано изменение средней по объему температуры тела. Чаще всего в начальный момент температура всех точек тела одинакова и равна начальной температуре материала Если температура газовой фазы равна то именно к этому предельному значению стремится средняя температура 0. [c.235] В период прогрева подводимая к телу теплота расходуется на прогрев материала от начальной температуры до температуры мокрого термометра и на испарение части влаги. Период прогрева обычно незначителен по сравнению с другими периодами сушки. Скорость сушки обычно возрастает от нуля до некоторого значения N в первый период. [c.235] В период падающей скорости сушки уменьшение влагосодержания материала выражается некоторой кривой СО (которую в общем случае тоже можно разделить на два участка). В конце второго периода влагосодержание асимптотически стремится к равновесному, достижение которого означает полное прекращение дальнейшего испарения влаги из материала. В этом периоде испарение влаги с поверхности материала замедляется, его температура начинает повышаться и может достигнуть температуры газовой фазы (/,). [c.236] Уменьшение скорости сушки обусловлено следующими причинами. С уменьшением влажности материала вклад внутридиффузионного сопротивления в общее сопротивление процессу увели-чйвается. Общее сопротивление диффузии возрастает, а скорость сушки падает. При этом влагосодержание материала у его поверхности, снижаясь по мере сушки, может приблизиться к гигроскопическому. Снижается также концентрация пара у поверхности испарения, приближаясь к концентрации пара в газовой фазе. Вследствие уменьшения разности концентраций скорость внешнего массопереноса (от поверхности тела в газовую фазу) снижается, и скорость сушки уменьшается. [c.236] Скорость сушки может быть определена в каждый конкретньш момент времени по кривой АВСО путем графического дифференцирования. Для этого к произвольной точке кривой необходимо провести касательную до пересечения с осью абсцисс. Тангенс угла наклона касательной к оси абсцисс определяет скорость сушки в данный момент времени. Данные о скорости сушки изображаются в виде кривых, которые строят в координатах влагосодержание материала (н )-скорость сушки (с1н /йт) [рис. 21-10]. [c.236] На рис. 21-10 отчетливо видны зоны прогрева АВ), период постоянной скорости сушки ВС и период падающей скорости сушки СО). Влагосодержание, соответствующее точке перехода от горизонтальной прямой линии к кривой на границе между периодами постоянной и падающей скоростей сушки, называется критическим влагосодержанием (и кр). Следует отметить, что кривые 1 — 4), соответствующие падающей скорости сушки, могут быть различной конфигурации. [c.236] ПОЯВИТЬСЯ еще одна критическая точка (в данном случае точка перегиба). Наличие дополнительной критической точки связывают с изменением механизма перемещения влаги в материале. Для большинства материалов эта точка соответствует началу удаления адсорбционно связанной влаги. [c.237] Обычно кривые сушки и скорости сушки получают опытным путем, при постоянных параметрах (/, л ) сушильного агента. Однако непосредственное применение этих кривых для расчета промышленного оборудования ограничено тем обстоятельством, что температура и влагосодержание газовой фазы изменяются по длине аппарата. Причем закон этого изменения определяется в общем случае взаимным направлением фаз, гидродинамическими, тепло- и массообменными параметрами процесса. Расчетные методы определения продолжительности сушки основаны на закономерностях тепло- и массопереноса в системе твердое тело-газ. [c.237] Вернуться к основной статье