3.10. Зміна температури матеріалу в процесі сушіння

Для аналізу процесу сушіння, крім кривої швидкості, важливо знати також характер зміни температури матеріалу θ у залежності від його вологості , тому що зі зміною θ можуть змінюватися властивості матеріалу.

За короткочасний період прогріву матеріалу його температура швидко підвищується і досягає постійної величини - температури мокрого термометра t_м. У період постійної швидкості сушіння (I період) усе тепло, яке підводиться до матеріалу, витрачається на інтенсивний поверхневий випар вологи і температура матеріалу залишається постійною, рівній температурі випару рідини з вільної поверхні (θ=t_м). У період падаючої швидкості (II період) випар вологи з поверхні матеріалу сповільнюється і його температура починає підвищуватися (θ>t_м). Коли вологість матеріалу зменшується до рівноважної і швидкість випару вологи падає до нуля, температура матеріалу досягає найбільшого значення - стає рівній температурі навколишнього середовища (θ=t_в).

3.11. Інтенсивність випару вологи

Швидкість сушіння визначає один з найважливіших технологічних параметрів - інтенсивність випару вологи з матеріалу m, що виражається кількістю вологи, що випаровується з одиниці поверхні матеріалу F в одиницю часу: (130)

де  - загальна тривалість сушіння.

Інтенсивність випару вологи зв'язана з механізмом тепло - і масообміну вологого матеріалу з навколишнім середовищем. Цей механізм є досить складним, тому що включає процеси переміщення вологи з глибини матеріалу до його поверхні і переміщення вологи (у виді пари) з поверхні матеріалу в навколишнє середовище. Кожний з цих процесів підкоряється власним закономірностям і протікає з різною інтенсивністю в різні періоди сушіння.

3.11.1. Випар вологи з поверхні матеріалу

Випар вологи з поверхні матеріалу відбувається головним чином у наслідок дифузії пари через прикордонний шар повітря в поверхні матеріалу (зовнішня дифузія). Таким шляхом здійснюється перенос 90% усієї вологи; він обумовлюється рушійною силою - різницею концентрацій чи різницею парціальних тисків пари у поверхні матеріалу р_м і в навколишнім середовищі р_п. Крім дифузійного потоку, перенос деякої кількості вологи і тепла відбувається за рахунок руху молекул пари в прикордонному шарі, також прискорює переміщення молекул пари (термодифузія). В умовах конвективного сушіння, при відносно низьких температурах, перенос вологи за рахунок термодифузії зневажливо малий.

У період постійної швидкості вологість матеріалу більше гігроскопічної, пара у його поверхні є насиченою (р_м=р_н) і відповідає температурі мокрого термометра t_м. У цей період відбувається інтенсивне надходження вологи з внутрішніх шарів матеріалу до його поверхні. Швидкість поверхневого випару вологи з матеріалу може бути прийнятою рівною швидкості випару її з вільної поверхні рідини і визначена, відповідно до закону Дальтона. Тому рівняння вологовіддачі з поверхні матеріалу має вигляд:

(131)

де  - коефіцієнт масовіддачі (вологовіддачі).

У цьому рівнянні парціальні тиски р_н і р_п, а також барометричний тиск виражені в мм рт ст.

Виражаючи коефіцієнт масовіддачі через дифузійний критерій Нуссельта

(132)

представимо рівняння у формі:

(133)

У цьому рівнянні D_п - коефіцієнт вологопровідності (для вологи, що знаходиться пароподібному стані); D_п - аналог коефіцієнта теплопровідності (знаходиться досвідчений шляхом); L - визначальний геометричний розмір по напрямку руху повітря уздовж поверхні випару вологи з матеріалу.

Труднощі практичного використання цих рівнянь полягає в тім, що  і відповідно N'_n залежать не тільки від основного фактора - швидкості повітря (газу), але і від багатьох інших: умов обтікання сушильним агентом поверхні матеріалу, її форми і розмірів, температури сушіння і т.п.