Глава 23.1 Рост теп­лового сопротивления

Количественными факторами, характеризующими задачу пе­реноса влаги и тепла, являются числа Био Bi' (для массообме­на) и Bi (для теплообмена) [62]. При больших значениях чис­ла Bi' (Bi'>50—60) условия массообмена в большей степени определяются свойствами материала (внутренняя задача), а влияние внешних факторов на процесс сушки незначительно, что создает определенные трудности для интенсификации про­цесса.

К материалам, сушка которых характеризуется условиями внутренней задачи, относятся гранулированные полиамиды, по­лиэфиры, полипропилен и др. Эти материалы содержат уль- трамикропоры, влага в которых перемещается в результате твердотельной диффузии, поэтому коэффициенты диффузии чрезвычайно низки (порядка 10^-10—10^-12 м²/с).

С уменьшением числа Bi' (Bi'<0,l—0,2) скорость сушки не зависит От внутридиффузионного сопротивления материала, а определяется внешними условиями массообмена (внешняя зада­ча), что позволяет существенно интенсифицировать процесс сушки соответствующей организацией гидродинамической обста­новки в аппарате.

К материалам, удаление влаги из которых происходит в ус­ловиях внешней задачи [95], относятся сыпучие широкопори­стые материалы со свободной или слабо связанной влагой: блочные полистиролы ПСБ, ПСБС, некоторые сополимеры сти­рола, минеральные соли, некоторые фармацевтические препа­раты.

При 0,2<Bi'<50 сушка протекает в условиях, характери­зующих смешанную задачу, часто возникающих при удалении значительного количества влаги (от высокого начального до низкого конечного влагосодержания).

Первоначально при высокой влажности материала сушка протекает в условиях, относящихся к внешней задаче. Затем, когда поверхностная влага удалена и фронт испарения начина­ет продвигаться от поверхности вглубь материале, сушка про­исходит в условиях, характерных для смешанной задачи. При дальнейшем углублении фронта испарения или при удалении адсорбционно-связанной влаги из микропор сушка переходит в область, относящуюся к внутренней задаче. В таких условиях сушку нередко производят постадийно: свободную влагу и влагу макропор удаляют в аппарате с активным гидродинамическим режимом, более прочно связанную — в другом аппарате, где и досушивают материал до требуемого конечного влагосодержа­ния. С увеличением Bi так же, как и с увеличением Bi', возра­стает лимитирующая роль внутреннего теплового сопротивле­ния, а при Bi—>0 усиливается влияние гидродинамических фак­торов на теплообмен с поверхностью тела. С углублением фронта испарения уменьшается теплопроводность материала и рас­тет число Bi. При сушке крупнокусковых материалов рост теп­лового сопротивления промежутка «поверхность материала — фронт испарения» ограничивает скорость сушки даже в случае весьма широкопористых материалов.

Существует ряд способов преодоления диффузионного и теп­лового сопротивления материалов (сушка токами высокой час­тоты [93], сушка со сбросом давления [93]).