Глава 13. Методы классификации влажных материалов как объектов сушки

Влажные дисперсные материалы как объекты сушки мож­но характеризовать по технологическим свойствам (допустимая температура нагрева, токсичность, взрывоопасность), по агре­гатному состоянию (твердые, пастообразные, суспензии, растворы) и по химическому составу. Однако этих признаков оказа­лось недостаточно для выбора рационального типа сушильного агрегата. В связи с этим в НИИхиммаше проведена работа по классификации, в основу которой положены следующие харак­теристические числа Bi, Bi', Fo, Fo', обусловливающие тип теп- лофизической задачи. По значению числа Lu все материалы разбиты на три типа: I — Lu=0,l— 0,5; II — Lu = 0,02—0,1; III — Lu=0,005—0,02, которые, в свою очередь, по значениям чисел Bi, Fo и Bi', Fo' подразделены на пять классов. Для каждого класса продуктов рекомендованы соответствующие сушильные аппараты.

Аналогичный подход развит и в работе [38]. Авторы разде­ляют задачи межфазного тепло- и массообмена на внешние, внутренние и балансовые, при этом внешнюю и внутреннюю за­дачи разграничивают по значениям числа Bi (теплового или диффузионного), получаемым из краевых условий. При Bi, Bi'>20 — задача считается внутренней, при Bi, Bi'<0,l —внеш­ней.

Недостаток классификации материалов по типу теплофизи­ческих задач заключается в том, что принятые в качестве оп­ределяющих параметры (температуропроводность а, коэффи­циент термодиффузии а', коэффициент теплоотдачи о и коэф­фициент массоотдачи B зависят не только от природы мате­риала, но и от конкретного метода и режима обработки.

Наиболее рациональной следует считать классификацию, в основу которой положены факторы, определяемые природой и свойствами материала, влияющие на кинетику тепловых и массообменных процессов при сушке и не зависящие (в пер­вом приближении) от параметров процесса. Развитие этого принципа на основе классификации форм связи влаги с мате­риалом, предложенной П. А. Ребиндером, позволило несколько детализировать ее применительно к химическим материалам.

В разработанной классификации по энергетическому прин­ципу все химические материалы разбиты на четыре класса. К первому классу относятся материалы, в основном сыпучие, подобные капиллярно-пористым телам и удерживающие жид­кость в неопределенных соотношениях физико-механической формы связи.

Продукты второго класса удерживают, кроме жидкости с физико-механической формой связи, адсорбционно-связанную жидкость. Этот класс продуктов подразделяется на две под­группы. К первой подгруппе относятся материалы, удерживающие жидкость силами физической (Ван-дер-Ваальсовой) ад­сорбции с энергией связи 4,2—8,4 кДж/моль, удаление кото­рой при сушке может происходить при температуре материала 60—80°С. Ко второй подгруппе относятся материалы, удержи­вающие жидкость обратимой активированной адсорбции с энер­гией связи 42—84 кДж/моль, удаление которой при сушке мо­жет происходить только при температуре материала не ниже

200—300 °С. Продукты третьего класса подобны коллоидным капиллярно-пористым телам, удерживающим кроме вышепере­численных форм связанной жидкости также осмотически- и структурно-связанные жидкости. Продукты третьего класса мо­гут быть пастообразными (в том числе и тиксотропные пасты), в виде растворов, сыпучими и полусыпучими. К четвертому классу относятся продукты, содержащие помимо перечисленных форм химически связанную жидкость.

Классификация по формам связи влаги дает возможность гонять специфику процессов сушки материалов с различными формами связи, но еще не позволяет определить целесообраз­ный тип аппарата и хотя бы ориентировочно оценить время сушки.