Вопрос №12 по термодинамике.

12. Перечислите способы сушки и дайте им характеристику. Что такое

влажность материала и какова её динамика при сушке?

Сушка материала

Сушкой называют процесс, направленный на удаление из материалов влаги. Наибольшее распространение в сельском хозяйстве получили сушильные установки, в которых удаление влаги производится конвективным потоком теплоты. Основными элементами такой сушилки являются калорифер, где происходит нагрев воздуха, служащего агентом сушки, и сушильная камера, в которой происходит удаление влаги из высушиваемого материала.

Методы энергоподвода при сушке следующие.

Традиционной является сушка с помощью естественного тепла солнечных лучей, основным компонентом которых является инфракрасное излучение (ИК). Она осуществляется на открытом воздухе или под навесом с естественной или принудительной вентиляцией.

Конвективная — сушка за счет нагретого воздуха. Имеет широкое распространение. В качестве энергоносителя применяют пар, электрические нагреватели.

Сушка электромагнитной энергией сверхвысокой частоты (СВЧ): СВЧ-

энергия проникает в продукт, раскачивает молекулы, нагревает его. За счет

повышения температуры происходит испарение влаги. Причем температура

вне объекта остается низкой, нагревается только сам объект.

Сублимационная сушка основана на явлении сублимации или возгонки,

при которой влага из твердой фазы - льда - переходит в газообразную -пар, минуя жидкую. Сублимационную сушку проводят при низкой температуре и высоком вакууме. В таких условиях из продукта интенсивно испаряется влага, благодаря чему температура продукта понижается еще больше. Выделившаяся часть влаги отсасывается из сублиматора. Для удаления из замороженного продукта оставшейся влаги необходимо подвести дополнительное тепло в таком количестве, чтобы испарение происходило, но продукт оставался в замороженном состоянии.

Инфракрасная сушка: продукция облучается инфракрасным излучением (длина волны более 800 нм.). За счет его проникновения в продукт на 5... 10 мм создается температурный градиент, который из продукта способен при небольших температурных перепадах успешно удалять влагу. Инфракрасное излучение имеет ту же физическую природу, что и световое: электромагнитные колебания, но с более длинными волнами. В качестве источника ИК - излучения используют электрические спиральные нагреватели с температурой поверхности 873-1173 °К, лампы накаливания, кварцевые трубки с температурой нити до 2500 °К, а также газовые горелки, в которых происходит беспламенное сжигание газа при температуре поверхности 1073-1173 К. 

Влажность — показатель содержания воды в физических телах или средах. Свободная вода расположена в капиллярах радиусом более 10 -7 м, гигроскопическая - менее 10 -7 м. Свободная вода заполняет капилляры только при непосредственном соприкосновении с последними. Гигроскопическая вода проникает в микро капилляры путем непосредственного соприкосновения с материалом и путем сорбции из влажного воздуха. Химически связанная вода наиболее прочно соединена с материалом, она входит в состав его молекул.

При сушке продукта удаляется капиллярная вода.

Всякий материал может быть высушен только до равновесной влажности, соответствующей относительной влажности и температуре сушильного агента. Равновесная влажность наступает тогда, когда парциальное давление водяного пара над продуктом приходит в равновесие с парциальным давлением водяного пара в воздухе.

Процесс испарения влаги с поверхности высушиваемого продукта в су-шильной технике называют процессом внешней диффузии влаги. Чем больше поверхность высушиваемого продукта и скорость движения воздуха, выше температура и ниже относительная влажность воздуха (сушильного агента), тем интенсивнее идет испарение влаги с поверхности.

В первое время сушки, когда температура продукта мала, идет его нагрев и повышение температуры. Скорость сушки увеличивается от нуля. По времени период относительно невелик.

Период II начинается при достижении продуктом температуры влажного термометра. В этот период влажность его высока, испарение с поверхности происходит так же, как испарение с поверхности жидкости. Практически этот период продолжается до тех пор, пока не испарится 50-60% влаги. Дальнейший ход сушки зависит от перемещения влаги внутри продукта.

Перемещение влаги внутри продукта называют внутренней диффузией влаги. Вследствие ее испарения с поверхности влага перемещается от внутренних частей продукта к внешним, стремясь выровнять концентрацию во всех точках.

Одновременно происходит и обратное термодиффузное движение влаги, вызываемое разностью температур в разных точках продукта и направленное от более нагретых участков к менее нагретым, т.е. от периферии к центру. Но вследствие малой температурной разницы внешних и внутренних слоев при сушке берет перевес перемещение влаги из внутренних к внешним, где концентрация влаги понижается испарением. Большое значение имеет соразмерность процессов внешней и внутренней диффузии влаги. Если внешняя диффузия влаги намного опережает внутреннюю, то поверхность продукта будет пересыхать, может образоваться корочка, которая ухудшит качество продукта и затруднит дальнейшую диффузию влаги. Когда влажность на поверхности продукта понизится, тогда начинается III, заключительный период сушки, происходящий с убывающей скоростью. Скорость сушки в этот период будет определяться влажностью поверхности продукта, зависящей от интенсивности внутренней диффузии влаги. Когда влажность на поверхности продукта достигнет равновесной, скорость сушки снизится до нуля, а температура продукта начинает подниматься. Температура продукта становится равной температуре сушильного агента в период, когда влажность продукта как на поверхности, так и внутри достигнет равновесного состояния и процесс испарения влаги прекратится.