Cwicz  2

148

SdX _ dW A dr A dx

[kg/(m²s)]

087)

lub dla skończonych przyrostów czasu

^WD

AW A Ax

(18.8)

Przebieg procesu suszenia najłatwiej jest zobrazować przez sporządzenie wykresów: X ~f_x(x) i w_D =/₂(X) (rys. 18.1). Na obu wykresach łatwo można zauważyć, że proces suszenia dzieli się na dwa okresy: okres I (odcinek AB) charakteryzujący się stałą szybkością suszenia i okres II (odcinek lub część odcinka BC) o malejącej szybkości suszenia.

a)    b)

Rys 18.1. Przebieg procesu suszenia:

a) zmiany wilgotności właściwej ciała suszonego w zależności od czasu suszenia t, b) zależność szybkość suszenia od wilgotności właściwej X

Zawartość wilgoci pCJ odpowiadająca punktowi przegięcia lub załamania (punkt B na wykresach) nazywa się wilgotnością krytyczną. Jest to zawartość wilgoci, jaką ma ciało suszone na granicy I i II okresu suszenia. Wilgotność ciała suszonego pozostającą w równowadze z prężnością cząstkową pary wodnej zawartej w przepływającym powietrzu nazywa się wilgotnością równowagową (X,) (punkt D na wykresach). Wilgotność równowagowa jest graniczną, najmniejszą wilgotnością, jaką teoretycznie może osiągnąć ciało suszone wdanych warunkach suszenia (temperatura, wilgotność względna powietrza). Praktycznie zawartość wilgoci w ciele suszonym zmienia się od wilgotności początkowej X, do wilgotności końcowej X2, przy czym Xj > ^

Występowanie dwóch okresów w procesie suszenia ciała stałego wynika z faktu istnienia kilku procesów cząstkowych składających się razem na proces suszenia oraz z faktu zmiany proporcji oporów dyfuzyjnych poszczególnych procesów cząstkowych w czasie. Wilgoć zawarta w porowatym ciele stałym dyfimduje do jego zewnętrziej powierzchni (1 proces), z powierzchni wilgoć odparowuje do błonki gazowej otaczającej ciało stałe i drogą dyfuzji cząstkowej lub konwekcji (już jako para) przedostaje się do przepływającego powietrza (II proces). Jeżeli założymy stałą temperaturę i wilgotność oraz stały przepływ powietrza, to stały będzie również opór dyfuzyjny drugiego procesu. Dodatkowe założenie stałości temperatury powierzchni ciała suszonego powoduje również jednakowe podczas całego procesu odparowywanie wilgoci do błonki gazowej.

Przebieg pierwszego procesu i jego opór dyfuzyjny uzależniony jest natomiast od aktualnej wilgotności ciała suszonego i na skutek ciągłego zmniejszania się tej wilgotności proces ten przebiega coraz wolniej gdyż coraz mniejsza jest siła napędowa wyrażająca się różnicą wilgotności warstw głębszych i warstwy zewnętrznej. Na początku procesu suszenia zawartość wilgoci w materiale suszonym jest duża, a jej ubytek w zewnętrznej warstwie jest łatwo uzupełniany przez wilgoć dyfundującą z warstw głębszych. Szybkość całego procesu warunkowana jest praktycznie tylko przez szybkość dyfuzji przez tę błonkę do głównej masy powietrza, gdyż tutaj jest największy opór dyfuzyjny. Szybkość ta jest więc stała i to tak długo, jak długo „wystarcza” wilgoci w ciele suszonym. Od pewnego jednak momentu wilgoci zaczyna „brakować” i dalszy przebieg procesu uzależniony jest od warunków dyfuzji w wewnętrznych warstwach materiału suszonego. Od tej chwili rozpoczyna się drugi okres procesu suszenia. Teraz główny opór dyfuzji występuje w pierwszym procesie cząstkowym i na skutek ciągłego ubytku wilgoci opór ten ciągle rośnie, wskutek czego szybkość całego procesu maleje. Charakter tych zmian zależy od struktury ciała suszonego. Dla ciała porowatego odparowanie wilgoci następuje wewnątrz ciała i do powierzchni zewnętrznej dyfimduje para.

Stale szybkości suszenia. Dla pierwszego okresu, jeżeli zależność w₀ ~ 7(X) jest prostoliniowa to stała szybkości Ki wyraża się wzorem

Y IX,-X. lYi — *>X„-X,	(18.9)
K2= ^1 ln^X°^_Xft2 X2-X,	(18.10)

zaś drugiego okresu

gdzie: tj i x₂ to czas trwania pierwszego lub drugiego okresu suszenia.