Сушка является процессом диффузионным, так как влага из материала в
окружающую среду переходит при поверхностном испарении и диффузии ее из
внутренних слоев к поверхности материала.
Для создания оптимального режима, при котором длительность сушки и
расходы энергии наименьшие, а свойства высушиваемого материала
соответствуют предъявляемым к ним требованиям, проводится анализ
изменения среднего влагосодержания и средней температуры материала, т.
е. изучается кинетика процесса.
Характер кинетических кривых определяется физикохимическими свойствами
высушиваемого материала и закономерностями тепломассообмена его с
окружающей средой.
Кривая сушки отражает зависимость средней влажности W0 материала от
продолжительности сушки т и строится по опытным данным, полученным при
его взвешивании (рис. V.17, а). Анализ кривой сушки показывает, что
материалы отдают влагу неравномерно, в связи с чем процесс сушки можно
разделить на периоды с уменьшением влажности материала от начальной WH
до критической ИРкр по линейному закону — первый период сушки, и по
некоторой кривой, асимптотически приближающейся к кривой равновесной
влажности Wp — второй период сушки. Достижение равновесной влажности Wv
означает полное прекращение испарения влаги из материала. Однако на
практике величина Wp в процессе сушки, как правило, не достигается.
Конечная влажность материала превышает равновесную и зависит от
технологических требований, а также условий сушки.
Под скоростью (интенсивностью) сушки понимается количество влаги,
удаляемой в единицу времени с единицы поверхности высушиваемого
материала
Скорость сушки можно определить и как уменьшение
влажности материала в единицу времени, %/с;
кг/(кг/с)
Кривая скорости сушки (рис. V 17, б) позволяет
более четко разграничить периоды
I к II сушки.
Из рис. V.17, а видно, что кривая скорости сушки имеет резко выраженную
точку К перегиба, называемую критической точкой процесса сушки. Эта
точка соответствует критической средней влажности материала и делит
кривую на два отрезка. Первый отрезок представляет собой прямую линию и
соответствует периоду постоянной скорости сушки. Второй отрезок
представляет собой кривую и соответствует периоду падающей скорости
сушки. Длительность обоих периодов различна и зависит от свойств
материала, его формы, размеров и начальной влажности.
В I период сушки скорость внутренней диффузии в материале велика по
сравнению со скоростью внешней диффузии и изнутри материала к его
поверхности поступает достаточное количество влаги. Поэтому сушка в
период постоянной скорости целиком обусловливается скоростью испарения
влаги со свободной поверхности высушиваемого материала. В период
постоянной скорости сушки давление пара над поверхностью материала равно
его давлению над чистой жидкостью.
В I период скорость сушки не зависит ни от толщины материала, ни от его
начального влагосодержания, а зависит от режимов сушки, температуры
сушильного агента, скорости и влажности.
В течение II периода сушки скорость полностью обусловлена скоростью
диффузии влаги к поверхности материала. Поэтому во II периоде скорость
сушки зависит от толщины и влагосодержания материала и практически не
зависит от скорости и влажности воздуха.
Во II периоде скорость сушки уменьшается и при
достижении материалом равновесной влажности равна нулю.
Вид кривых скорости сушки во II периоде разнообразен и зависит от
природы материала, формы связи влаги с материалом, механизма перемещения
влаги. На скорость сушки материалов влияют температура, относительная
влажность и скорость движения воздуха.