Сушка и её аппаратное обеспечение

1. Сушка и её аппаратное обеспечение

2. Сушка

  – это процесс или способ разделения 
однородных или неоднородных систем, 
заключающийся в удалении влаги с 
использованием тепловых и диффузионных 
явлений . 
В нем влага материала  передается сушильному 
агенту и вместе с ним удаляется из рабочей зоны 
сушилки.  
Этим она отличается от других способов ее 
удаления  –  механического  (отжим в прессах 
или центрифугах) и физико-химического, 
основанного на применении водоотнимающих 
средств.

3.

Сушке могут подвергаться: 
твердые материалы:  кристаллические  (сахар,  соль  
и др.)
коллоидно-дисперсные (эластичные и хрупкие гели и  
капиллярно-пористые  тела). К эластичным гелям 
относятся: желатин, агар-агар, прессованное мучное 
тесто. Эти тела в высушенном  состоянии 
сжимаются,  сохраняя эластичность. К хрупким гелям 
относят:  древесный уголь, керамические материалы. 
Эти тела становятся  хрупкими после высушивания.  
К коллоидным капиллярным телам относят: торф, 
древесину, кожу, зерно, хлеб и др. Стенки их 
капилляров  эластичны.  После  высушивания они 
дают усадку и становятся хрупкими.
жидкости:  растворы кристаллоидов и коллоидные 
растворы. 

4. Влага может быть связана с материалами

химически (ионная, молекулярная связь).Такая  влага, может 
быть удалена прокаливанием или химическими методами. 
Сушка для ее удаления не пригодна. 
В других случаях связи :физико-химически (адсорбцией, 
осмотически, структурно);
механически (находится в капиллярах или на смоченной 
поверхности), влага может быть удалена сушкой.
 Адсорбционно связанная влага удерживается на развитой 
поверхности коллоидных структур за счет молекулярного 
силового поля. Она называется связанной водой и не 
участвует в растворении кристаллических веществ.
 Осмотически удерживаемая влага задерживается в 
полостях высокомолекулярных частиц гелей.  
Высокомолекулярная  оболочка частиц обладает свойствами  
полупроницаемых  перегородок,  удерживающих 
внутриклеточную влагу. 

5. Равновесная влажность

Содержание влаги в материале называется влажностью (W) и 
оценивается в процентах (частях) от массы влажного (W) или сухого 
(ξ) материала:       
m вл
W
;
m
m вл
.
m m вл
 Если над  влажным материалом находится влажный воздух,  то со 
временем установится равновесие и обмен влагой  между ними 
прекратится.  Влажность материала в этом состоянии
называется равновесной (Wр). Она  является функцией 
парциального давления водяного пара в окружающей среде и 
заданной температуры.  
Совокупность значений равновесной  влажности  при различных 
парциальных давлениях пара в воздухе или относительной его 
влажности называют изотермой сорбции  влаги. Для  большинства  
материалов  равновесная  влажность не зависит от температуры. 
При помощи воздуха с определенной влажностью невозможно 
удалить из материала всю влагу. Удаляемая    влага  (Wуд)        
определяется  выражением        Wуд= W–Wр, характеризующим 
обобщенную силу процесса сушки.

6.

При конвективной сушке влага перемещается от центра 
материала к поверхности, с которой она удаляется сушильным 
агентом- это диффузионный  процесс;  
его движущей силой является разность концентраций влаги на 
единице длины 
Влага, находящаяся в порах материала,  и осмотическая влага 
мигрируют к поверхности в жидком виде, а адсорбционно 
связанная – в виде пара.
Диффузия влаги в материале осложняется тепловым 
воздействием.
В сумме  этот  осложненный  процесс  называется  
термовлагопроводностью. 
Под влиянием теплоты влага перемещается в направлении 
теплового потока. Это перемещение называется 
термодиффузией. Оно вызывается уменьшением 
поверхностного натяжения с повышением  температуры и 
влиянием «защемленного» воздуха,  т.е. воздушных пузырьков 
в жидкости  пор. 

7. Процесс сушки

включает нагревание сушильного агента и 
приведение его в соприкосновение с 
высушиваемым материалом в сушильной камере. 
Процесс сушки разбивается на три этапа:  
1) перемещение  влаги  из  глубины  тела  к 
поверхности (процесс влагопроводности);  
2) парообразование на поверхности материала 
(процесс влагоотдачи); 
3) перемещение пара в окружающем воздухе. 

8.

В начале сушки материал подогревается, и 
скорость массового потока удаляемой влаги 
возрастает от нуля до некоторой постоянной 
величины. 
В этот период удаляется влага, механически 
связанная с материалом (поверхностная и  
капиллярная).  
Процесс продолжается. В этот период  
температура  материала,  покрытого влагой,  
равна  температуре  мокрого термометра.  Во 
втором периоде скорость сушки (потери влаги 
материала) уменьшается.  В этот период  
удаляется  влага,  более  прочно связанная с 
материалом,  в частности адсорбированная. 

9.

В первый период сушки движущей силой процесса 
является разность давления насыщенного пара  
или давления в  пограничном слое материала и 
парциального давления пара в окружающей среде 
(Рн–Рв). В этот период скорость диффузии не 
влияет на скорость сушки.
Во второй период сушки давление паров вблизи 
поверхности материала ниже равновесного, и 
определяющее влияние на скорость сушки 
оказывает диффузия влаги в нем.  Движущей 
силой процесса в этот  период можно считать 
разность фактического и равновесного 
влагосодержаний   высушиваемого   материала (WWр). 

10. Способы сушки

Способы сушки   различаются организацией 
процесса обезвоживания материала и 
характеризуются использованием одного или  
нескольких процессов,  определяющих всю 
специфику сушки. 
Наиболее распространены следующие способы 
сушки:
Естественная - применяется в благоприятных 
климатических условиях и предусматривает 
раскладывание высушиваемых продуктов на 
специальных щитах или сетках на открытом 
воздухе.  
конвективная - использует вынужденное движение 
подогретого воздуха относительно слоя 
высушиваемого продукта.  Скорость вынужденной 
конвекции 1...5 м/с ; 

11. Распылительная

использует быстрое испарение мелких капель распыливаемого 
продукта в высокотемпературной среде.  Большая площадь 
поверхности распыленного продукта  обеспечивает большие 
суммарные тепловые потоки к нему и, как следствие, малое время 
сушки (1...10 с). В распылительных сушилках могут преобладать один 
из двух видов теплопередачи – конвекция или радиация, хотя в 
общем случае они оба имеют место. 
Распылительная сушка применяется для получения порошковых 
продуктов из молока, яиц, соков, гидролизованного крахмала, 
свекловичного сока, морской воды и др. Ряд продуктов, таких как 
поваренная или морская соль, не требует сохранения ароматов при 
сушке, поэтому для них могут быть созданы весьма простые и 
эффективные сушилки. Для продуктов типа сухого молока, яиц, 
свекловичного сахара от сушилок требуется гарантия отсутствия 
подгорания продуктов. Это несколько усложняет их конструкцию. И, 
наконец, при получении сухих фруктовых и овощных соков 
необходимо сохранение их ароматов. Сушилки, реализующие эти 
процессы, необходимо создавать с уменьшенной температурой 
испарения жидкости. Это часто влечет за собой необходимость 
создания вакуума в сушильной камере, что еще больше усложняет 
оборудование.

12.

Подогретый воздух
Встряхивание
применяются для сушки жидких 
продуктов (молока, яиц, барды, 
желатина и др.). Сушилка имеет вид 
башни больших размеров (диаметр 2…5 
м, высота 3…5 м).Отработанный 
воздух
Скорость движения сушильного агента в 
башне 0,2…0,4 м/с. Высушиваемый 
Распылительный 
Жидкий 
диск
материал распыляется в верхней части 
продукт
башни. Распыление должно быть 
Камера сушки 
достаточно мелким (диаметры капель 
(башня)
10…100 мкм), что обеспечивает 
большую поверхность контакта продукта 
Фильтр 
мешочный
с сушильным агентом. В результате 
массовая скорсть сушки оказывается 
Разгрузочный 
большой. Высушенный материал падает 
шнек
на дно камеры и скребками сдвигается к 
отводящему шнеку; частицы материала, 
Скребок с 
уносимые сушильным агентом, 
приводом
Высушенный 
задерживаются матерчатыми 
Сухой
материал
продукт
фильтрами. Массовая напряженность 
сушилок находится в пределах 2,0…2,5 
2
кг/(ч·м
).  
Рис. 36.9. Схема распылительной сушилки

13.

вальцовая - сушка высоковязких продуктов на металлических 
поверхностях. Процесс  заключается в «намазывании» 
тонкого слоя высушиваемого  продукта  на  поверхность  
цилиндрических  подогретых вальцов. Этот  слой  высыхает 
за 40...60 с,  после чего его тонкие сухие хлопья 
соскабливаются ножом.   
сушка вспененного продукта - производится в конвективном 
потоке воздуха на перфорированных металлических листах.  
Вспениванию способствует добавление вспенивающих 
присадок в миксере в атмосфере инертного газа. 
Вакуумная осуществляется при пониженном давлении, что 
позволяет существенно снизить температуру высушиваемого 
материала.  
Сублимационная сушка – когда замороженная воды, т.е. в 
твердом состоянии переходит в парообразное, минуя 
жидкое. Если при давлении менее 0,61 кПа лед нагревать в 
области отрицательных температур вода из состояния льда 
будет переходить в пар, минуя жидкое состояние.  

14.

Эксплозионная или  взрывная сушка отличается использованием 
явления теплового шока, который заключается во вскипании воды 
во всем ее объеме  в  результате  резкого  понижения давления в 
окружающей среде. При этом вода,  содержащаяся в 
высушиваемом материале и  подогретая до  температуры, близкой 
к кипению,  при понижении внешнего давления оказывается 
перегретой и вскипает. В  результате внутренняя структура  
материала  разрушается  и  становится как бы вспененной 
(воздушной). Такой материал легко высушивается. Эксплозия 
возможна  как при переходе от повышенного давления к 
атмосферному (при этом начальная температура материала 
превышает 100 оС), так и  при переходе от атмосферного давления 
к вакууму.  Во втором случае процесс происходит при более низких 
температурах.  
сушка в кипящем слое сыпучего продукта и аэрофонтанная 
(пневматическая) осуществляются при продувании воздуха сквозь 
слой сыпучего  материала снизу вверх.  В аэрофонтанных 
сушилках воздух подводится не по всей площади поперечного 
сечения сушилки, а по ее части. Кроме того, в них увеличивается 
скорость воздуха до 12…14 м/с , а в сушилках с кипящим слоем его 
скорость составляет 1…5 м/с. В результате картина  течения 
воздуха через высушиваемый слой материала изменяется.  

15.

Отвод
отработанного
воздуха
2
Перед входом в патрубок (5) поток 
Вторичный поток с 
сушильного агента закручивается 
d =0,66D влажным 
материалом завихрителем (6). В пространстве 
между входами в центральные 
По Б
V2
патрубки (3) и (5) образуется 
V1
d =0,66D
устойчивый вращающийся тор из 
D
твердых высушиваемых частиц. Он 
Вращающийся 
подпитывается свежими влажными 
тор твердых 
0,2D
частицами, поступающими из патрубка 
частиц
(2). За счет относительного движения 
По А
частиц в слое и их адгезии частицы 
V2
слипаются и образуют гранулы. 
d=0,5D
Гранулы вращаются вместе с 
0,15D
остальными частицами и после 
Первичный 
5
поток
достижения критической массы 
выпадают в накопительный 
V2
стакан (4).
d =0,5D
Данная сушилка обычно работает как 
d =0,5D
высокопроизводительный гранулятор 
Бункер гранул
сыпучих продуктов, в частности 
минеральных удобрений. 
2
А
3
1
H=
2D
6,2D
Б
3
1
4
2
Схема сушилки со встречными закрученными потоками:
1 – камера сушки; 2, 5 – входные патрубки-завихрители; 3 – отводящий патрубок; 5 –
накопительный бункер гранул

16.

терморадиационная  с  нагревом  продукта  инфракрасными 
лучами. В сушилках инфракрасного нагрева сушат обычно 
тонкие изделия (печенье, слои краски на поверхностях), в 
которые излучение проникает почти до середины их 
толщины, а в сушилках СВЧ нагрева – более «толстые» 
изделия, а также зерно. При таком нагревании   процессы 
диффузии и термодиффузии влаги в процессе сушки 
материалов направлены в одну сторону, что в десятки раз 
ускоряет сушку. 
При инфракрасном обогреве поверхности влага интенсивно 
испаряется на ней и за счет термодиффузионного эффекта 
препятствует диффузии  к поверхности влаги из глубинных 
слоев материала. В связи с этим такой обогрев ведут с 
перерывами: 2...4 с нагрева и 20...80 с выдержки. В период 
выдержки (отлежки) происходит движение влаги из 
материала к поверхности. Общая продолжительность сушки 
при этом не увеличивается. Для ряда продуктов применяют 
комбинированный нагрев – радиационный и конвективный, 
что улучшает их качество.
Инфракрасная сушка и сушка в поле токов высокой 
частоты отличаются только соответствующим способом 
Высушенный 
подвода теплоты.  Организация сушильного процесса в 
материал
целом может быть любой из указанных выше.
Схема сушилки инфракрасными лучами
Шутка

17.

сушка с нагревом в поле токов высокой частоты 
Сушка в поле токов высокой 
частоты осуществляется между двумя 
пластинами,  к которым подводится ток высокой 
частоты. При этом молекулы высушиваемого 
материала колеблются, и материал нагревается  
по всей его толщине, но не равномерно, т.к. его 
температура уменьшается от центра к 
периферии.  В результате складываются 
условия, когда градиенты температур и 
концентрации влаги в материале совпадают,  что 
весьма существенно сокращает время сушки 
(например, для древесины в 10 раз). 
Энергозатраты такой сушки велики: 2...5 кВтч на 
1 кг испаряемой влаги, что в 3...4 раза выше 
энергозатрат конвективной сушки.