Формы связи влаги с материалом.

1. Химическая связь(ионная и молекулярная) -влага входит в составхимического соединения, является трудноизвлекаемой из материала и удаляется она прокаливанием или в результате проведения химической реакции.

2. Физико-химическая связь(адсорбционная и осмотическая) -влагаудерживается в микропорах материала за счет действия сил адсорбции (адсорбционная) или проникает внутрь клеток материала вследствие диффузии (осмотическая), извлекается значительно труднее и может быть удалена различными методами сушки.

3. Физико-механическая связь–влага удерживается на поверхностиматериала и в его макропорах за счет сил взаимодействия между молекулами жидкости, такую влагу проще всего удалить из материала путем его отжатия или прессования.

Движущая сила процесса сушки –разность потенциалов процессасушки, которая выражается следующими способами:

1) разностью парциальных давлений паров над материалом Р_м и в окружающейсреде Р_п (2.72):

       (2.72)

2) разностью влагосодержаний газа (воздуха) в состоянии насыщения х_н и при данных условиях (2.73):

        (2.73)

3) разностью температур сухого t_с и мокрого термометров t_м.т (потенциал сушки) (2.74):

      (2.74)

4) разностью равновесной и рабочей концентраций паров влаги в сушильном агенте (2.75):

       (2.75)

5) разностью абсолютной рабочей и равновесной влажностей материала (2.76):

  (2.76)

Виды методов сушкив зависимости от способа подвода теплоты квысушиваемому материалу.

1. Конвективная -в этом случае осуществляется непосредственный контактсушильного агента с материалом, в качестве сушильного агента чаще всего выступает нагретый воздух (в пищевой технологии) или топочные газы.

2. Контактная–метод,при котором теплота передается влажному материалуот теплоносителя через разделяющую их стенку. В качестве теплоносителя используются пар, расплавы солей и металлов, вода.

3. Радиационная–метод сушки инфракрасными лучами,теплота материалупередается от излучателей – электрических ламп, газовых горелок.

4. Сушка токами высокой частоты (ТВЧ)-метод сушки основан навыделении в диэлектрическом материале значительного количества теплоты под воздействием высокочастотного электрического поля.

5. Сублимационная-сушка материала протекает в замороженном состояниипутем перевода влаги из твердого состояния в пар.

6. Комбинированная–в этом случае используется нескольковышеперечисленных способов подвода теплоты к материалу, например радиационно-конвективная.

На рис. 2.16 изображена схема сушильной установки с нормальным сушильным процессом, состоящей из подогревателя (калорифера) 1 для воздуха и сушильной камеры 2. Воздух, поступающий в подогреватель, имеет температуру t₀, влагосодержание x₀, удельную энтальпию i₀ и относительную влажность ϕ₀. Выходя из подогревателя, воздух будет иметь параметры t₁, x₁, i₁, ϕ₁.

.

Рис. 2.16. Схема сушильной установки:

1 – калорифер, 2- сушильная камера.

В сушильной камере происходит процесс взаимодействия нагретого воз духа с материалом. Рассмотрим теоретический процесс сушки. Предположим, что в сушильной камере воздуху не сообщается дополнительно тепла, и он его не теряет. Такой процесс называется теоретическим.

Воздух, поступивший в сушилку, передает свое тепло влаге материала, которая нагревается и испаряется. Образовавшиеся пары со всем теплом, полученным от воздуха, смешиваются с последним. Поэтому теплосодержание воздуха остается постоянным, хотя температура его снижается.

По I-х диаграмме можно определить количество воздуха и тепла, расходуемых на 1 кг влаги, испаренной в сушилке.

Коэффициент рециркуляции–количество отработанного воздуха,подаваемое на 1 кг свежего воздуха в сушилке с рециркуляцией отработанного воздуха.

Влажный воздух–смесь сухого воздуха и водяного пара.

Абсолютная влажность воздуха-масса водяного пара,содержащегося в м³ влажного воздуха, численно равная плотности водяного пара ρ_п, кг/м³.

Относительная влажность воздуха(степень насыщения) –отношениемассы водяного пара, содержащегося в 1 м³ влажного воздуха к максимально возможной массе водяного пара в 1 м³ воздуха в условиях насыщения.

Влагосодержание воздуха(кг влаги/кг а.с.в.) –масса водяного пара вовлажном воздухе, приходящаяся на 1 кг абсолютно сухого воздуха (а.с.в.).

Энтальпия(теплосодержание,Дж/кг а.с.в.) –количество теплоты,содержащейся в воздухе , равна сумме энтальпий абсолютно сухого воздуха ( ) и водяного пара ( ):

где – теплоемкость абсолютно сухого воздуха, Дж/(кг·град); t – температура воздуха, °С;  i_п - теплосодержание пара (Дж/кг пара).

I-x диаграмма-косоугольная система координат с осью ординат,покоторой откладываются энтальпия J, температура t, парциальное давление водяного пара P_п, и осью абсцисс – влагосодержания х, которая используется для графоаналитического расчета процессов сушки.

Относительная влажность материала–количество влаги в материале G_вл, отнесенное к общей массе влажного материала G, выраженное в процентах (2.77):

       (2.77)

Абсолютная влажность материала–количество влаги в материалеG_вл,отнесенное к массе абсолютно сухого материала G_а.с, выраженное в процентах (2.78):

   (2.78)

Целью расчета процесса сушкиявляется составление материальногобаланса, с помощью которого определяется расход абсолютно сухого воздуха и определение внутреннего теплового баланса процесса сушки в сушильной камере.

Материальный баланс процесса сушки по расходу(2.79):

       (2.79)

где G₁, G₂ – производительность сушилки по влажному и сухому материалу, кг/с; W – массовый расход испаряемой влаги, кг/с.

Материальный баланс по абсолютно сухому веществу(2.80, 2.81):

              (2.80)

             (2.81)

где ,  - относительные влажности влажного и высушенного материала, %.

Материальный баланс по влаге(2.82):

(2.82)

где L - расход абсолютно сухого воздуха, кг а.с.в./с (2.83):

      (2.83)

где l - удельный расход абсолютно сухого воздуха, показывающий, какое количество абсолютно сухого воздуха необходимо подавать в сушилку для испарения 1 кг влаги, кг а.с.в./ кг вл.; х₀, х₂ – влагосодержание исходного воздуха и отработанного воздуха, соответственно, кг вл./кг а.с.в.