Глава 10.1 Коэффициент пропорциональности

Коэффициент пропорциональности а_m называется коэффициентом влагопроводности. По физическому смыслу он представляет собой коэффициент внутренней диффузии влаги в материале и выражается в м²с. Ко­эффициент влагопроводности является аналогом коэффициента темпера­туропроводности в процессах теплопередачи. Величина коэффициента влагопроводности зависит от формы связи влаги с материалом, влажности материала и температуры сушки, т. е. различна на разных стадиях процесса и может быть определена только опытным путем.

При некоторых видах сушки, например контактной, радиационной или диэлектрической, в толще материала, помимо градиента влажности, возникает также значительный температурный градиент, влияющий на пе­ремещение влаги внутри материала. Это явление, которое носит название термовлагопроводности, создает поток влаги, параллельный потоку тепло­ты. Интенсивность переноса влаги за счет термовлагопроводности пропор­циональна коэффициенту термовлагопроводности (б), который характери­зует величину градиента влажности, возникающего в материале при тем­пературном градиенте  и выражается в процентах на 1°С. Соответственно плотность потока влаги внутри материала, обусловленного перепадом температуры,

Не только при сушке влага в материале может перемещаться к его поверхности под действием разности ее концентрации и под влиянием термовлагопроводности, но и под действием градиента избыточного дав­ления, возникающего в материале при высокотемпературной сушке, когда температура материала(фильтрационный перенос):

где a_р - коэффициент фильтрационного переноса.

В общем виде уравнение переноса массы при сушке материала мо­жет быть записано следующим образом:

Третий член уравнения (1.52) имеет значение как движущая сила пе­ремещения влаги только при температурах, близких или превышающих 100 °С, в материале, сушимом  при атмосферном давлении. В низкотемпе­ратурных процессах он равен нулю. Второй член этого уравнения, наобо­рот, при температуре около 100 °С и выше близок к нулю (б ~ 0). Поэтому в низкотемпературных процессах сушки при t< 100 °С уравнение имеет первые два члена, а при t > 100 °С - первый и третий члены.

Из уравнения (1.52) следует, что интенсивность сушки определяется не только значениями градиентов влажности, температур и давления; она в значительной степени зависит и от коэффициентов потенциалопроводности а_m и термоградиентного коэффициента б, а при высокотемпературной сушке и от a_р.

Коэффициенты а_m и б зависят от влажности, температуры и структу­ры материала. По изменению значений а_m и б в процессе сушки можно су­дить о формах связи влаги с материалом и механизме ее перемещения.

В условиях конвективной сушки явление термовлагопроводности может оказывать некоторое противодействие перемещению влаги из глу­бины к поверхности материала (где температура выше, чем во внутренних слоях) только в период падающей скорости при удалении влаги из толщи материала.

В настоящее время накоплено еще недостаточно экспериментальных данных о численных значениях коэффициентов термо- и влагопроводно­сти, поэтому величина интенсивности испарения влаги (особенно во II пе­риод сушки) не может быть определена расчетом. Однако ценность рас­смотренных уравнений заключается в том, что они позволяют качественно оценить влияние различный факторов на перенос влаги и правильно учесть их значение при интенсификации процессов сушки и проектировании су­шилок. Так, из анализа этих зависимостей следует, что такие внешние фак­торы, как повышение температуры и увеличение скорости сушильного агента, понижение его относительной влажности и барометрического дав­ления, должны благоприятно влиять на повышение интенсивности поверх­ностного испарения и внутренней диффузии влаги в материале при кон­вективной сушке.