2. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ
2.2 Швидкість сушіння
Швидкість сушіння визначається як втрата вологи від вологого твердого речовини за одиницю часу, а точніше за допомогою диференціального коефіцієнта (-dX/dθ), що працює в постійних умовах сушіння, тобто з повітрям в умовах температури, тиску, вологість і швидкість, постійні з часом.
Аналітично швидкість сушіння посилається на одиницю площі поверхні сушіння, згідно з рівнянням:
Де:
S = маса сухого твердого речовини;
A = площа відкритої поверхні;
W = швидкість сушіння;
= різниця вологості щодо часу.
Існує два періоди швидкості сушіння:
ДО) Докритичний період або постійна швидкість сушіння: У цей період поверхня твердої речовини повністю покрита шаром рідини, і випаровування буде залежати лише від швидкості дифузії пари або інтенсивності проходження тепла через прикордонний шар повітря. Ця швидкість сушіння визначається:
Де:
= коефіцієнт масового транспорту
= волога на межі розділу
= вологість повітря
Беручи до уваги інтенсивність теплопередачі, якщо тепло використовується виключно для випаровування вологості, швидкість сушіння визначатиметься:
Де = інтегральний коефіцієнт теплопередачі
= прихована теплота випаровування рідини при температурі поверхні розділу
i t - температура повітря
Б) Посткритичний період: Загалом цей період можна розділити на два розділи: один, в якому швидкість сушіння змінюється лінійно залежно від вологості від критичної точки (перший посткритичний період), і інший, у якому ці лінійні зміни не виконуються (другий посткритичний період), хоча цього чистого поділу між обома секціями може не відбутися. Протягом першого післякритичного періоду швидкість висихання регулюється випаровуванням води на змоченій фракції поверхні; ця частка постійно зменшується, поки в кінці цього періоду поверхня не висохне. Швидкість сушіння можна розрахувати в будь-який момент цього періоду як функцію критичної та кінцевої швидкості та вологості, що відповідають цьому періоду, згідно з рівнянням:
Протягом другого післякритичного періоду поверхня повністю суха, і швидкість висихання необхідно оцінювати, беручи до уваги процес перенесення вологи з внутрішньої частини твердої речовини на поверхню, який може здійснюватися за допомогою різних механізмів. Якщо транспортний механізм здійснюється дифузією (у випадку твердих речовин із суцільною структурою, таких як мило, дерево, папір тощо), швидкість сушіння визначається:
А час висихання між вологістю X1 і X2 становитиме:
Де γ - питома вага сухого твердого речовини, кілограми на кубічний метр; z товщина, метри; D дифузійність, квадратні метри на годину.
У тому випадку, якщо транспортний механізм контролюється капілярним потоком (у випадку зернистих твердих речовин, таких як пісок, пігменти тощо), час висихання між вологістю X1 та X2 буде задаватися рівнянням:
при якому швидкість сушіння змінюється лінійно з вологістю до досягнення рівноваги.
Для твердих речовин однорідної капілярної структури, коли капіляри не дуже малі і структура не змінюється під час висихання, зони випаровування рівномірно зменшуються в матеріалі протягом посткритичного періоду, і ці зони залишаються з вологістю, рівною критичній і температура, рівна температурі вологого повітря. У будь-який момент товщина сухого шару e пов'язана з вологістю X виразом:
Інтегральний коефіцієнт теплопередачі між повітрям, що тече вздовж твердої поверхні, і зоною випаровування визначається:
І швидкість сушіння буде:
Поєднуючи ці два рівняння:
І відповідно до цього виразу час висихання становитиме: