1.2.2.1 Основы теории сушки
В теории сушки различают следующие формы связи влаги с материалом:
а) химическая связь (в точных количественных соотношениях);
б) физико-химическая связь (в различных соотношениях);
в) физико-механическая связь (в неопределенных соотношениях).
К влаге
физико-механической связи, которая называется свободной влагой, относится
капиллярная влага в макропорах и стыках материала и микропорах (
см). В процессе сушки удаляется механически связанная влага и
часть физико-химически связанной влаги. Химически связанная влага обычно не
удаляется, так как это ведет к разрушению материала.
В теории сушки различают:
а) влажность на общую массу (используется в тепловых расчетах процесса горения топлива):
. (1.145)
б) влажность материала на сухую массу (используется в исследованиях и расчетах процесса сушки):
. (1.146)
Пересчет влажности производится по формулам:
, 
. (1.147)
В теории сушки для характеристики и анализа кинетики процесса сушки используются:
· локальное влагосодержание материала или концентрация – «u»;
·
равновесная влажность, при которой парциальное давление
водяных паров над материалом равно парциальному давлению паров в воздухе
(находится в «равновесии) и которая зависит от относительной влажности φ и температуры воздуха – 
;
·
максимальная гигроскопическая влажность (φ = 100%) – 
.
Гигроскопическая влажность
определяет границу между связанной и свободной влагой. При влажности больше 
давление водяных
паров над материалом практически равно парциальному давлению водяных паров над
чистой водой при данной температуре и не зависит от влажности самого материала.
Процесс сушки материала, содержащего связанную и свободную влагу, можно характеризовать по убыли влаги по времени.
Рассмотрим процесс сушки материала при постоянной температуре и относительной влажности воздуха (сушильного агента).
В первый период испаряется
свободная влага с поверхности материала, аналогично испарению со свободной поверхности
воды (
). В процессе сушки влага из внутренних слоев материала
перемещается к поверхности материала и испаряется в окружающую среду.
Графически процесс сушки изображается следующим образом (рисунок 1.66).
Рисунок 1.66 Характеристики и кинетика процесса сушки
Скорость
сушки 
вначале возрастает,
затем стабилизируется. Постоянная скорость сушки (I период) свидетельствует об
удалении свободной влаги (соответствует углу α наклона линии 
). В этот период температура на поверхности материала 
остается неизменной.
Во втором
периоде 
скорость сушки
уменьшается, так как начинается процесс удаления части связанной влаги.
Температура материала начинает расти и стремится к температуре сушильного
агента 
.
Точка
перехода от постоянной к переменной скорости сушки называется критической.
Скорость, соответствующая этой точке 
, больше гигроскопической скорости 
, так как при сушке влажность внутренних слоев всегда больше,
чем на поверхности и тем больше, чем больше размер материала, выше скорость и
температура сушильного агента.
Конечная влажность материала
стремится к равновесной 
и может быть достигнута при большой продолжительности сушки.
Следует отметить, что изменение температуры и относительной влажности воздуха
может привести к поглощению (повторному увлажнению) высушенным материалом влаги
из воздуха.
Общая продолжительность определяется скоростью удаления влаги из внутренних слоев материала, причем перемещение влаги внутри материала происходит под действием разности (градиента) влажности. Величина градиента влажности grad w имеет важное значение для качества высушенного материала. Чем больше grad w, тем в большей мере изменяет свои размеры материал (происходит его усадка) и возникает напряжение деформации, которое в пределе (критическая усадка) может привести к разрушению материала.