Примерный механизм процесса сушки

При конвективной сушке физическая сущность процесса сводится к удалению влаги из материала за счет разности парциальных давлений над материалом и в окружающей среде . Процесс сушки происходит при условии, что . При равенстве парциальных давлений наступает состояние равновесия и процесс сушки прекращается. При этом в материале установится влажность, называемая равновесной . Если сушить материал до влажности ниже равновесной, то неизбежно наступит состояние, при котором , и материал начнет увлажняться. Этот процесс называют сорбцией. Обычно сушку ведут до равновесной влажности.

При сушке удаление влаги с поверхности связано с диффузией влаги изнутри материала к поверхности. Эти два процесса должны находится в строгом соответствии, в противном случае возможно пересыхание, коробление поверхности материала и ухудшение его качества.

Таким образом, при конвективной сушке влага перемещается к поверхности за счет градиента влажности, градиент температуры несколько тормозит процесс. За счет разности температур на поверхности и внутри материала происходит движение влаги внутрь, в направлении снижения температуры.

Равновесная влажность, а следовательно протекание процесса сушки зависят от свойств высушиваемого материала, характера связи с ним влаги и параметров окружающей среды. Связь влаги с материалом может быть механической, физико-химической и химической.

Капиллярно связанная влага заполняет макро - и микрокапилляры. Она механически связанна с материалом и наиболее легко удаляется. Давление пара над поверхностью материала тем меньше, чем прочнее связь между водой и материалом. Наиболее прочна эта связь у гигроскопических веществ. Давление пара над ними наиболее отличается от давления насыщенных паров.

Адсорбционно связанная влага. Влажность обусловлена адсорбцией воды на наружной поверхности материала и на поверхности его пор. Осмотически связанная влага находится внутри структурного скелета материала и удерживается осмотическими силами. В этих двух случаях связь воды с материалом имеет физико-химическую природу.

Химически связанная влага. Под химически связанной влагой понимают воду гидроокиси, которая в результате реакции гидратации вошла в состав гидроокиси и соединений типа кристаллогидратов. Связь нарушается только в результате химического воздействия (иногда в результате прокаливания), и влага не удаляется при сушке. Влажному материалу присущи все формы связи с водой, и очень трудно разграничить периоды сушки, соответствующие различным видам связи молекул воды с молекулами вещества. Поэтому экспериментальным путем строят изотермы сорбции при постоянной температуре. Изотермы сорбции позволяют установить связь между влажностью материала и относительной влажностью воздуха, а также определить равновесную влажность при сушке.

Равновесие при сушке

Возможны 2 процесса:

1. сушка (десорбция влаги) p_м>p_п

2. увлажнение (сорбция влаги) p_м<p_п

При p_м=p_п наступает динамическое равновесие, которому соответствует предельная влажность материала (w_p).

Равномерная влажность зависит от парциального давления пара над материалом или пропорциональной ему величины относительной влажности и определяется опытным путем.

Зависимости w_p от относительной влажности при постоянной температуре - изотермы (2) сорбции (увлажнение материала) и (1) десорбции (удаление влаги из материала)

Наблюдается петля гестерезиса.

Форма связи влаги с материалом (по Рибендеру):

химическая

физическая (капилляры)

физико-химическая (адсорбционно и осмотически связанная)