Статика процесса сушки

Взаимодействие воздуха и высушиваемого материала

Если зерно взаимодействует с воздухом, то в зависимости от влажности воздуха и семян происходит обмен влаги между ними. По истечении достаточно длительного времени может наступить равновесное состояние материала. Влажность зерна, соответствующую состоянию воздуха, называют равновесной.

Если равновесная влажность достигается путем поглощения водяного пара из окружающего воздуха, то такой процесс называют сорбционным, а если путем испарения влаги из материала, то ‑ десорбционным.

Поглощение пара из воздуха возможно, если парциальное- давление пара в окружающем воздухе Р_в окажется больше, чем парциальное давление на поверхности материала Р_м.

.

Испарение влаги из материала (десорбция) будет проходить при условии, если парциальное давление на поверхности материала больше, чем в окружающем воздухе, т. е.

.

Поскольку парциальное давление зависит от относительной влажности воздуха, то

,

где Р_н ‑давление насыщенного пара при данной температуре, то величина равновесной влажности будет зависеть от относительной влажности воздуха.

Для капиллярно-пористых коллоидных материалов изотермы сорбции или десорбции имеют вид плавных s-образных кривых (рис. 2).

Рис. 2. Изотерма десорбции

Необходимо отметить, что значения равновесной влажности при сорбции водяных паров меньше, чем при десорбции (высыхании семян).

Это явление носит название сорбционного гистерезиса (рис. 3).

Существует несколько гипотез объяснения явления сорбционного гистерезиса. Наиболее вероятными считают объяснения ограничением реального времени, в продолжение которого определяют параметры равновесного состояния материала (оно может оказаться недостаточным для полного завершения процесса), и особенностями перемещения жидкости по капиллярам. При подъеме уровня жидкости (при десорбции), вследствие недостаточной смачиваемости стенок капилляра, поверхность воды изгибается меньше, чем в случае падения уровня жидкости в упомянутом капилляре (при десорбции), когда стенки капилляpa остаются смоченными. Таким образом, при сушке давление пара над гигроскопическим материалом оказывается более низким, чем при гигроскопическом увлажнении.

Кривые десорбции и сорбции используют обычно для определения целесообразности активного вентилирования сельскохозяйственных материалов.

Рис. 3. Изотермы сорбции и десорбции

Если по условиям состояния атмосферы (Т и φ) (рис. 2) относительная влажность воздуха, например, φ₁ то материал можно активным вентилированием высушить от начальной влажности W_нач до равновесной W_равн.

Но если сушить необходимо до кондиционной влажности W_конд, то нужно снижать относительную влажность воздуха, иначе сколь угодно длительная продувка материала наружным воздухом не уменьшит его влажности ниже равновесной.

Снижения относительной влажности воздуха добиваются обычно дополнительным подогревом. Для этого установки активной вентиляции оборудуют, как правило, калориферами.

Приблизительный расчет необходимой степени нагрева ведут исходя из того, что при нагреве воздуха на 1°С его относительная влажность снижается на 5%.

Величина равновесной влажности семян основных культур приведена в табл. 4.

Табл. 4. Равновесная влажность семян основных сельскохозяйственных культур

Культура	Относительная влажность воздуха, %
Пшеница, рожь, ячмень	8,1	9,2	10,8	12,0	13,2	14,8	16,9	20,9
Овес	6,5	8,2	9,4	10,7	12,0	14,4	16,8	20,8
Клевер	‑	7,4	8,1	9,1	10,4	12,5	‑	‑

По данным табл. 4 можно убедиться, что до кондиционной влажности (W_конд =14%) зерно можно довести, если продувать воздухом, относительная влажность φ которого ниже 70%,

Если относительная влажность воздуха в данный момент выше, например, равна 100%, то нужно включить' калорифер и подогреть воздух на 6...7°С, тогда его влажность снизится до величины 70…65%.

Разумеется, такой подогрев обеспечивает лишь возможность сушки. Может случиться, что время сушки холодным воздухом окажется больше предельного срока хранения влажного зерна. В таком случае температуру воздуха лучше поднять на 10...12°С.

Дата добавления: 2015-06-04