Период постоянной скорости сушки

Из рис.5 видно, что "кривая сушки" на начальном участке имеет вид прямой (АВ). Следовательно, убыль влагосодержания материала в единицу времени (скорость сушки) – постоянна. Скорость подвода влаги из внутренних слоев материала велика, и поверхность материала остается полностью смоченной. Это - период постоянной скорости сушки (рис.6).

Скорость сушки в этом периоде лимитируется скоростью поверхностного испарения, а она, в свою очередь, определяется скоростью внешней диффузии испаренной влаги через пограничный ламинарный слой теплоносителя у поверхности материала. Поэтому этот период сушки называется также периодом внешней диффузии.

Скорость внешней диффузии, а следовательно, и скорость сушки М в I периоде могут быть описаны выражением:

, (7)

Где – скорость испарения, кг/ч; кг/с

F –влажная поверхность материала, обтекаемая газом, м²;

х_нас – концентрация пара при насыщении над поверхностью материала, кг/м³;

х_п – концентрация пара в окружающем газе, кг/м³;

π - упругость насыщенного пара над влажным материалом, мм рт. ст.;

Р_п - парциальное давление пара в окружающем газе, мм рт. ст.;

β,β’- коэффициенты скорости испарения (коэффициенты массоотдачи).

Размерность и физический смысл этих коэффициентов вытекают из уравнения (7):

Коэффициент скорости испарения или коэффициент массоотдачи показывает, какое количество влаги в единицу времени диффундирует с единицы поверхности высушиваемого материала в окружающий газ (воздух) при разности концентраций или парциальных давлений у поверхности и в объеме газа, равной единице.

В соответствии с механизмом диффузии в турбулентном потоке газа

,

где D – коэффициент диффузии, м²/ч; м²/с;

Δ – толщина приведенного пограничного ламинарного газового слоя, м.

В ламинарном слое массообмен идет за счет молекулярной диффузии.

Толщина пограничного слоя Δ зависит от скорости w, направления движения газа, его вязкости µ, плотности ρ, формы поверхности высушиваемого тела и т.д. Ввиду сложного характера зависимости толщины ламинарного слоя от этих факторов, неопределенности его границы, условности отнесения всего сопротивления диффузии только к ламинарному слою β определяется лишь опытным путем.

Экспериментальные данные могут быть обобщены критериальным уравнением

(8)

Где ρ,µ - плотность и вязкость газа;

D – определяющий размер частиц;

A,n,m – опытные величины.

Из этого уравнения видны факторы, влияющие на величину р, а следовательно, и на скорость сушки.

Поскольку скорость газа является технически легко изменяемым параметром, то изучение ее влияния на β составляет основную цель данной работы.

Экспериментальные зависимости коэффициента скорости испарения β от скорости обтекания материала воздухом при постоянстве физических параметров среды имеют следующий вид:

(9)

где А и п – опытные коэффициенты.

Из уравнения (7) следует, что скорость сушки в первом периоде зависит также: 1) от влажности газа (чем суше газ, т.е. чем меньше х_п или Р_П, тем больше движущая сила процесса); 2) от температуры газа.

С ее увеличением увеличивается и температура поверхности материала, равная температуре "мокрого термометра". При этом возрастает π, а значит, и движущая сила (π-р_п); 3) от поверхности испарения F. Скорость сушки увеличивается прямо пропорционально поверхности испарения F.

Продолжительность периода постоянной скорости сушки может быть определена интегрированием уравнения (7) в пределах от Х_кр и от 0 до τ₁:

, (10)

Где Xн и Xкр – начальное и критическое влагосодержание материала.

Дата добавления: 2015-08-17