2.2. Кинетика сушки в период постоянной скорости сушки.

Скорость сушки не зависит от влагосодержания материала в период постоянной скорости. В этот период происходит испа­рение свободной влаги с поверхности слоев материала. Оно аналогично испарению со свободной поверхности слоев мате­риала. Диффузионное сопротивление продвижению влаги внут­ри влажного материала практически не влияет на процесс суш­ки в данном периоде, так как оно намного меньше диффузион­ного сопротивления. Следовательно, можно считать, что

k=β_p, (5)

где β_p - коэффициент массоотдачи в газовой фазе; скорость сушки в данном периоде лимитируется только сопротивлением массоотдаче паров влаги в газовой фазе.

Постоянство скорости обусловлено неизменностью со вре­менем внешнедиффузионного сопротивления. Вследствие по­стоянства скорости

(6)

Из уравнений (3)-(6) следует, что в период постоянной скорости сушки основное уравнение массопередачи имеет вид

(7)

где Δр=(P_нас-Р_с)_н - движущая сила сушки на входе в сушилку, равная разности парциальных давлений пара влаги у поверхно­сти материала и в газовом потоке, которые соответствуют входному сечению;

Δр_k=(P_нас-Р_с)_k - движущая сила сушки на выходе из сечения. Р_н≠p_к так как в процессе сушки по длине аппарата изме­няются как параметры сушильного агента (газа), так и соответ­ствующие им параметры насыщения. Величины Δр_н и Δр_к мож­но определить по диаграмме состояния влажного газа (диа­грамма Н-Х), построив точки, характеризующие состояние влажного газа на входе в сушилку и на выходе из нее (рис. 2).

Уравнение (7) можно использовать для расчета продолжи­тельности сушки в период постоянной скорости τ₁.

2.3. Кинетика сушки в период падающей скорости сушки.

При достижении некоторого влагоеодержания материала, которое называют критическим с_кр (см. рис. 1), начинается период падающей скорости сушки. Падение скорости сушки обусловлено возрастанием внутридиффузионного сопротивле­ния вследствие испарения влаги из толщи материала. В этот пе­риод скорость процесса сушки лимитируется сопротивлением массопроводности внутри влажного материала, а сопротивле­ние массоотдаче паров влаги от поверхности раздела фаз в ядро газового потока не оказывает существенного влияния на про­цесс сушки. В период падающей скорости в основном удаляет­ся связанная с материалом влага.

Рис. 2. К графическому определению движущей силы:

А₀ - точка, характеризующая состояние атмосферного воздуха;

а_н - точка, характеризующая состояние воздуха на входе в сушил­ку;

А_к - точка, характеризующая состояние воздуха на выходе из су­шилки

Кинетику этого процесса можно описать уравнением А.ВЛыкова

(8)

которое представляет собой линейную аппроксимацию кривых dW/Fdτ=f₄(c).

Здесь с и с_p - текущее и равновесное влагосодержание материала. Уравнение (8) является весьма прибли­женным, так как при с_кр< с < с_p скорость сушки не у всех ма­териалов линейно зависит от влажности.

На основании уравнения материального баланса влаги

dW=-G_c-dc, (9)

где G_c - масса абсолютно сухого материала.

Подставляя уравнение (9) в (8) и интегрируя выражение (8) в пределах от с’_кр (рис. 3) до с_кон (конечное влагосодержание) при F=const и k=const, находят продолжительность пе­риода падающей скорости τ2

(10)

Величину с’_кр называют приведенным критическим влагосодержанием. Она определяется путем аппроксимации кривой dW/Fdτ=f₄(c) (рис. 3) прямой в период падающей скорости.

Рис. 3. Зависимость скорости сушки от влагосодержания материала

Рис. 4. Схема экспериментальной установки

Коэффициент массопередачи k (коэффициент скорости) для периода падающей скорости определяют, учитывая, что при с = с_кр

N₁=N₂= k(c’_kp - С_р), (11)

где N₁ и N₂ - скорости сушки соответственно в период постоян­ной и падающей скорости. Отсюда

(12)

Если найдены кинетические характеристики процесса - ко­эффициенты скорости в обоих периодах и движущая сила про­цесса, то по формулам (7) и (10) можно рассчитать общую продолжительность сушки τ₁÷τ₂. Определение продолжи­тельности сушки входит в задачу расчета сушилок.