Формы связи влаги с материалом и равновесие при сушке.

 

Удаление влаги из материала при сушке зависит от формы связи влаги с материалом. При сушке связь влаги с материалом нарушается.

Различают следующие формы связи влаги с материалом: химическая, физико - химическая и физико - механическая.

Химически связанная влага наиболее прочно соединена с материалом в определенных (стехиометрических) соотношениях, и при сушке из материала не удаляется.

При сушке, как правило, удаляется только влага, связанная с материалом физико-химически и механически.

При сушке влагу материала подразделяют в более широком смысле на свободную и связанную. Под свободной понимают влагу, скорость испарения которой из материала равна скорости испарения воды со свободной поверхности. При наличии в материале свободной влаги р н= р м, где р м- парциальное давление пара над поверхностью материала; рн - давление насыщенного пара воды над свободной поверхностью. Под связанной понимают влагу, скорость испарения которой из материала меньше скорости испарения воды со свободной поверхности (р м< р н ).

Если материал находится в контакте с влажным воздухом, то принципиально возможны два процесса: сушка (десорбция влаги из материала) при (р м > р_П), где рп - парциальное давление паров влаги в воздухе; увлажнение (сорбция влаги материалом) при (р м < р_П).

В процессе сушки р муменьшается и приближается к пределу р м = р п.При этом наступает состояние динамического равновесия, которому соответствует предельная влажность материала, называемая равновесной влажностью w p.

Равновесная влажность зависит от парциального давления водяного пара в воздухе над материалом р пили пропорциональной ему величины относительной влажности  и определяется опытным путем.

Равновесная влажность является функцией относительной влажности и температуры воздуха: w p = f(, Т). Зависимость w p = f() устанавливаемая при постоянной температуре называется изотермой десорбции.

Влажность материала может быть определена по отношению к его общей массе М или по отношению к массе абсолютно сухого материала М c, при этом

, (С.12)

где М вл - масса содержащейся в материале влаги.

Влажность, отнесенная к общей массе материала (в %):

(С.13)

Влажность, отнесенная к количеству абсолютно сухого материала (в %):

(С.14)

Масса абсолютно сухого материала не меняется в процессе сушки, поэтому величиной w cнаиболее часто пользуются при расчетах.

Влажности w cи w связаны между собой зависимостями:

(С.15)

(С.15а)

Равновесная влажность, соответствующая значению = 100%(p п /p н =1) называется гигроскопической влажностью w г. Гигроскопическая влажность является граничной между свободной и связанной влагой в материале. Свободная влага будет удаляться из материала при любой относительной влажности газа, меньшей 100% ( < 100%). Удаление связанной влаги возможно лишь при той

относительной влажности окружающей среды, которой соответствует влажность материала, выше, чем равновесная.

 

Материальный баланс сушки.

 

Материальный баланс по высушиваемому материалу является общим для всех видов сушки.

Обозначения:

G₁ - массовый расход поступающего на сушку материала, кг/с;

G₂ - массовый расход высушенного материала, кг/с;

w₁ и w₂ - начальная и конечная влажность материала (на общую массу), соответственно, %;

- массовый расход влаги, удаляемая при сушке из материала, кг/с.

Уравнение материального баланса будет иметь вид: по всему материалу, поступающему на сушку

, (С.16)

по абсолютно сухому веществу

(С.17)

Из уравнения (С.17) следует:

(С.18)

и

(С.19)

Количество удаляемой влаги из материала

(С.20)

или (С.21)

(С.21а)

При расчете конвективных сушилок помимо баланса по высушиваемому материалу составляют материальный баланс по влаге для сушильного агента.

Обозначим через L (кг/с) - массовый расход абсолютно сухого воздуха с влагосодержанием x₀, поступающим на сушку, и с влагосодержанием , покидающим сушилку. Тогда уравнение материального баланса по влаге для воздуха будет иметь вид:

(С.22)

а расход воздуха на сушку определяется как

(С.23)

Удельный расход воздуха на испарение из материала 1 кг влаги будет равен

(С.24)

Обозначим влагосодержание воздуха, нагретого в калорифере и поступающего в сушильную камеру, через x₁. Проходя через калорифер воздух не отдает и не поглощает влаги, поэтому x₁ = x₀. Соответственно уравнения (С.23) и (С.24) примут вид:

(С.23а)

(С.24а)