Скорость и период 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 ω^с. Зависимость между влажностью ω^с материала и временем τ изображается кривой сушки, которую строят по опытным данным.

В общем случае кривая сушки состоит из нескольких участков, соответствующих различным периодам сушки. Как видно из рисунка 1.1, после небольшого промежутка времени, периода подогрева 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 наблюдается до достижения первой критической влажности ω^с_кр1. После чего начинается период падающей скорости сушки (II период). В этом периоде уменьшение влажности материала выражается некоторой кривой (кривая СЕ), которая в общем случае состоит из двух участков различной кривизны (отрезки СD и DE). Точка перегиба D соответствует второй критической влажности ω^с_кр2. В конце второго периода сушки влажность материала асимптотически приближается к равновесной. Достижение равновесия влажности ω_р означает полное прекращение дальнейшего испарения влаги из материала (точка К).

Рисунок 1.1 Кривая сушки материала.

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 материала.

Рисунок 1.2 Кривая скорости сушки.

На рисунке 1.2 показана кривая скорости сушки, соответствующая кривой сушки на рисунке 1.1. Горизонтальный отрезок ВС отвечает периоду постоянной скорости (I период), а отрезок СЕ – периоду падающей скорости (II период). В точке С (при первой критической влажности ω^с_кр1) влажность на поверхности материала становится равной гигроскопической. С этого момента начинается испарение связанной влаги. Точка D (вторая критическая влажность) соответствует достижению равновесной влажности на поверхности материала (внутри материала влажность превышает равновесную). Начиная с этого момента и вплоть до установления равновесной влажности по всей толщине материала, скорость сушки определяется скоростью внутренней диффузии влаги из глубины материала к его поверхности. Одновременно вследствие высыхания все меньшая поверхность материала остается доступной для испарения влаги в окружающую среду и скорость сушки падает непропорционально уменьшению влажности ω^с материала.

Рисунок 1.3 Вид кривых скорости сушки для различных материалов.

Вид кривых во втором периоде весьма разнообразен (рисунок 1.3). 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 ω^с_кр2 (кривая 1), может быть выражена нечетко или отсутствовать совсем (линии 2, 3, 4).