Глава 09. Основные характеристики материалов как объектов сушки

ри сушке пористых материалов до малой остаточной влаж-. ности (0,3—0,1%) и больших скоростях потока теплоносителя внешний тепло- и массообмен протекает с большой скоростью.

Кинетика процесса сушки определяется значительно медлен­нее протекающей внутренней диффузией влаги и внутренним теплообменом. Поэтому при анализе свойств материалов, обус­ловливающих продолжительность сушки, а следовательно вы­боре типа и типоразмера аппарата, необходимо учитывать свой­ства, характеризующие как диффузионное, так и термическое сопротивление материалов.

Интенсивность влагопереноса в процессе сушки зависит от механизма переноса влаги, структуры пористого пространства материала и внешних температурно-влажностных и гидродина­мических условий, в которых протекает процесс сушки. Меха­низм переноса влаги определяется ее фазовым состоянием (пе­редвижение в жидкой или газообразной фазе) и характеристи­ческим размером пор, по которым происходит перенос влаги. Если речь идет о жидкой фазе, то выделяют капиллярный ме­ханизм переноса, протекающий под действием разности капил­лярных потенциалов, и механизм пленочного течения жидкости, протекающий на границе раздела твердое тело — жидкость под действием градиента расклинивающего давления пленки.

При переносе массы в газообразной фазе выделяют сле­дующие основные механизмы переноса. В порах, диаметр кото­рых больше длины свободного пробега молекулы газа, т. е. примерно в порах r > 100 им происходит нормальная диффузия по закону Фика. Если в процессе сушки в пористых материа­лах возникают значительные перепады концентраций при до­статочно большом влагосодержании, то в крупных порах в на­чале сушки, когда еще не образовался на поверхности подсу­шенный слой, возможно вязкое течение, которое может быть описано уравнением Пуазейля. В порах, радиус которых r<100 нм, закономерности переноса влаги в паровой фазе бу­дут определяться молекулярным кнудсеновским режимом тече­ния, так как длина свободного пробега молекул пара будет больше радиуса капилляра. В этом случае перенос пара внут­ри капилляра не будет подчиняться закону Фика, а течение га­за уравнению Пуазейля.

При молекулярной (кнудсеновской) диффузии преимущест­венным является соударение молекул со стенками капилляра, а не между собой, как это происходит при обычной диффузии. При нормальном барометрическом давлении 10,13-10⁴ Па и температуре 15°С средняя длина свободного пробега молекулы воздуха составляет 64 нм, а молекулы водяного пара 42 нм. С повышением температуры длина свободного пробега увеличи­вается прямо пропорционально абсолютной температуре. Плот­ность потока вещества при кнудсеновской молекулярной диф­фузии определяется формулой

 площади сечения капилляра; Р₁— Р₂— перепад давлений на концах капил­ляра длиной L.