Кинетика сушки материалов

Лекция 11

Кривая распределения влаги в материале

По оси Х отложена ширина пластины, равная 2Х, а по оси У – влагосодержание U. Начальное влагосодержание пластины U n₀ постоянно по всему поперечному сечению пластины и показано пунктиром. Пластина помещена в условия, в которых парциальное давлений водяных паров меньше, чем на её поверхности. С поверхности пластины, соприкасающейся с окружающей средой, начинается испарение влаги W (показано стрелками); эта влага будет ассимилироваться окружающей средой. Испарение влаги с поверхностей пластины сопровождается уменьшением их влагосодержания. Появляется перепад влагосодержаний между центром и поверхностями, показанный как D U n₁. Поэтому к моменту времени t₁ влага в материале распределится по параболе U n₁. Возникший перепад влагосодержаний представляет собой градиент потенциала переноса влаги Ñ U, который заставляет влагу продвигаться к поверхности. Поскольку скорость испарения выше скорости диффузии влаги к поверхности, то обязательно возникает перепад влагосодержаний. С увеличением скорости испарения влаги с поверхности изделия увеличивается и перепад влагосодержания внутри изделия и, наоборот, уменьшение скорости испарения влаги ведёт к снижению перепада влагосодержания.

Процесс сушки влажных материалов зависит от формы связи влаги с материалом и режима сушки или условий испарения влаги с поверхности материала. Скорость сушки изменяется с изменением влажности материала.

Если процесс влагоотдачи изобразить графически в координатах влажность материала – время сушки, то получим кривую отдачи влаги, показанную на рис. 1 А.

Рис.1 А. Процесс влагоотдачи в координатах влажность материала – время сушки - кривая влагоотдачи материала

При внесении материала в сушилку с влажностью W₁ в начальный небольшой периодвремени t₁ почти всё подводимое тепло Q тратится на прогрев материала. В точке В температура поверхности материала t_пм достигает точки росы = температуре сушильного агента по мокрому термометру, т.е. (Q»t_пм). Период возрастающей влагоотдачи с одновременным нагревом материала до точки В, где (Q»t_пм) называют первым периодом сушки. Он очень кратковременный и по времени равен значению t₁. От точки В влагосодержание начинает уменьшаться с одинаковой скоростью до точки С, при этом температура материала не меняется, что объясняется испарением влаги с поверхности материала, а такой процесс идёт с расходом теплоты на парообразование. В этот период температура в центре материала постепенно повышается до температуры поверхности. Участок ВС является вторым периодом, которыйназывают периодом постоянной скорости сушки. Точка С, характеризующая окончание периода постоянной скорости сушки соответствует критическому влагосодержанию материала, т.е. в материале прекращается усадка и завершаются процессы структурообразования. По времени этот период соответствует значению t₂.

От точки С до точки D процесс удаления влаги из материала замедляется и кривая на графике приближается к значению U_р – равновесному влагосодержанию (на графике пунктирная линия). Участок СD относится к третьему периоду – периоду падающей скорости сушки. Он самый продолжительный и по времени равен значению t₃. Точка D на графике соответствует среднему конечному влагосодержанию материала U_к. Обычно сушку не ведут до состояния U_к и выгружают материал из установки раньше, чем закончится третий период. Выдают из установки материал при среднем влагосодержании U_в, когда температура поверхности материала равна температуре центра материала, т.е. t_пм = t_цм.

Скорость сушки dw/dτ, показанная на рис. 1 Б,определяется методом графического дифференцирования как tg угла наклона a касательной в любой точке влагоотдачи.

Б -скорость сушки материала(dw/dτ)

Максимальное значение скорости сушки наблюдается во втором периоде, когда угол a наибольший. При равновесной влажности U_р угол a = 0, а следовательно, и скорость сушки тоже равна 0.

Раскроем сущность понятия критическое влагосодержание материала. Как было отмечено ранее, в этот момент прекращается усадка, и завершаются процессы структурообразования. В материале образуются поры и капилляры. Усадка идёт только до какого-то определённого влагосодержания. Поэтому устанавливали влагосодержание, при котором усадка в материале заканчивалась. Это влагосодержание для каждого материала своё и называется критическим. Существует мнение, что после достижения критического влагосодержания материал можно сушить как угодно быстро. Но практика показала, что в некоторых случаях он всё-таки растрескивается. Причина такого поведения материала объясняется тем, что критическое влагосодержание для одного и того же материала непостоянно и зависит от режимов сушки. Например, примем за исходное критическое влагосодержание значение U_кр, полученное опытным путём. При более быстрой сушке критическое влагосодержание уже будет другим U_кр^*, станет выше, т.е. U_кр^* > U_{кр .} При более медленной сушке критическое влагосодержание для этого же материала U_кр^** станет меньше U_{кр ,} т.е. U_кр^** < U_кр. Эту зависимость необходимо учитывать, назначая режимы сушки изделий.

Дата добавления: 2014-01-11