О. П. Колісник, О. С. Гандзейчук, С. А. Богатчук, І. В. Коц

Вінницький національний технічний університет, Україна

Сушіння сипучих органічних матеріалів

Сушіння є найбільш поширеним технологічним процесом, на який витрачається значна кількість енергоресурсів. Цей процес застосовують у сільськогосподарській, хімічній, фармацевтичній, деревообробній та в інших галузях промисловості для сушіння сипучих органічних матеріалів з метою підвищення якості кінцевого продукту, запобігання злежуванню, зменшення фінансових витрат на транспортування, а також підвищення теплової здатності (для палива). Переважну більшість сипучих органічних матеріалів, згідно аналізу форм зв'язку вологи з матеріалом, відносять до капілярно-пористих колоїдних тіл, які містять адсорбційно зв’язану вологу та осмотично утримувану вологу [1 – 3]. Колоїдні матеріали мають дуже високу дисперсність частинок умовним радіусом ≈ 0,1-0,001 мкм [1]. Внаслідок такої дисперсності колоїдним тілам властива достатньо розвинена внутрішня поверхня і значна вільна поверхнева енергія за рахунок якої відбувається адсорбційне зв’язування краплин вологи. Схема утримання вологи на поверхні матеріалу за рахунок поверхневих сил представлена на рисунку.

Рисунок – Схема утримання краплини вологи на поверхні висушуваного матеріалу за рахунок вільної поверхневої енергії

Попереднє сушіння – зневоднення, тобто обдув для зриву крапель вологи із капілярно-пористого колоїдного матеріалу може бути представлене наступним рівнянням:

(1)

де – коефіцієнт опору тиску, – густина повітря, =1,21 кг/м³ при нормальних умовах (t=20 °C; р=10⁵ Па), – швидкість повітря, м/с, – площа міделевого перерізу краплі в м², яка визначається згідно формули [2]:

(2)

де – діаметр краплі, =10^-3 м, – маса краплі в кг, яка визначається за формулою:

(3)

де – об'єм краплі в м³, який визначається згідно формули:

(4)

де – міжфазний поверхневий натяг рідини, для води =72,75·10^–3 Н/м, – площа поверхні краплі в м², визначається згідно формули:

(5)

де – коефіцієнт тертя, =0,1, – прискорення вільного падіння, =9,81 м/с².

Тоді рівняння (1), з врахуванням формул (2 – 5), матиме вигляд:

(6)

З рівняння (6) визначається критична швидкість відривання краплин вологи при сушінні – зневодненні:

(7)

Для того щоб частинки сипучого матеріалу не виносились разом із тепловим агентом повинна виконуватись наступна умова:

де – дійсна швидкість можливого витання частинок висушуваного сипучого матеріалу при сушінні [2] у щільному чи завислому шарі.

Висновок

Запропоновано метод розрахунку критичної швидкості відривання краплин вологи при попередньому сушінні – зневодненні сипучих органічних матеріалів у щільному чи завислому шарі. На підставі розв’язання систем рівнянь якого можливо встановити раціональні параметри та режими технологічного процесу сушіння, які забезпечуватимуть підтримання швидкості руху і температури теплового агенту, відповідно до технологічного регламенту.

Література

1. Ребиндер П. А. О формах связи влаги с материалом в процессе сушки. В кн.: Всес. науч. – техн. совещ. интенсификации процессов и улучшению качества материалов при сушке в основных отраслях промышленности и сельского хозяйства / П. А. Ребиндер. – М.: Профиздат, 1958. – С. 124-129.

2. Лыков А. В. Теория сушки капилярно-пористых коллоидных материалов пищевой промышленности / А. В. Лыков, Л. Я. Ауэрман – М.: Пищепромиздат, 1946. – 286 с.

3. Скибенко В. М. Закономірності течії води в поверхневих плівках при аеромеханічному зневодненні дисперсних матеріалів / В. М. Скибенко, В. С. Білецький, П. В. Сергєєв //Збагачення корисних копалин. – Вип. 12 (53), 2001. – С. 80-89.