Макрокинетика сушки. Герман Иванович Ефремов
Если охлаждение воздуха идет до температуры насыщения tн, линия идет вниз до пересечения с линией φ =100% (отрезок ВС). Точка пересечения линий d = const и φ == 100% (точка С на Рис. 2.4, а) характеризует состояние воздуха в результате его охлаждения при d = const (точка росы). Изотерма, проходящая через эту точку, определяет температуру точки росы tр. Дальнейшее охлаждение воздуха ниже температуры точки росы (например, до температуры tп) приводит к конденсации из него части влаги и соответственно – к уменьшению его влагосодержания от d0 до dп. На диаграмме процесс охлаждения насыщенного воздуха совпадает с линией φ = 100% (кривая СЕ).
После нагрева воздуха в калорифере (линия АВ, Рис. 2.4, а) он поступает в сушилку. Если влага из материала будет испаряться только за счет тепла, передаваемого материалу воздухом, и отсутствуют теплопотери или дополнительный нагрев в сушилке (политропная сушка), то энтальпия воздуха после сушки h2 будет равна его энтальпии перед сушкой h1, так как все тепло, отданное воздухом на испарение влаги, возвращается обратно в воздух с удаляющимися из материала парами (адиабатическая сушка). Одновременно в сушилке понижается температура, увеличиваются влагосодержание и относительная влажность воздуха. Такой процесс носит название теоретического процесса сушки (h2 = h1 = h = const, линия ВD на Рис. 2.4, а).
Рис. 2.4 Изменение состояний воздуха на h-d диаграмме:
а – при нагреве (АВ) охлажденнии (ВАСЕ) и сушке (ВD)
б – линии сушки: адиабатическая (ВD), с теплопотерями (ВD′′) и с подводом тепла в сушилке (ВD′).
Для сушильной практики большое значение имеет понятие о теоретическом процессе адиабатического испарения в системе поверхность испарения – воздух. В этом процессе воздух только испаряет, но не нагревает влагу. Непосредственно над поверхностью испарения воды (а в равной степени и над поверхностью влажного материала в начальный период сушки) образуется слой насыщенного пара (φ = 100%), находящегося в равновесии с водой. Температура влаги при этом имеет постоянное значение, равное температуре мокрого термометра tм. Данная температура в процессе испарения не меняется, в то время как температура воздуха по мере его насыщения все время понижается, приближаясь в пределе к температуре мокрого термометра tм (при φ = 100%). Эту температуру, которую примет воздух в конце процесса насыщения, называют также температурой адиабатического насыщения. Поступающая в воздух испаренная влага W вносит в него некоторое количество тепла W∙c∙tм, поэтому адиабатический процесс охлаждения воздуха в этом случае происходит с повышением его энтальпии (h2>h1). С учетом расхода сухого воздуха L на испарение получим:
или
где с – теплоемкость воды.
Величина W/L – отражает увеличение влагосодержания воздуха в процессе его адиабатического охлаждения, оно равно (dм-d1), где dм—влагосодержание воздуха при его полном насыщении влагой при температуре мокрого термометра tм. Тогда при d1= 0 (уравнение оси ординат) получим
Уравнение (2.19) служит для нанесения на h-d диаграмму