Uscarea

Materialele naturale şi produsele fabricate conţin proporţii variabile de umiditate, provenite din contactul cu apa lichidă sau vaporii din atmosferă.

Uscarea este operaţia prin care apa din materialele solide sau lichide este îndepărtată cu ajutorul aerului, care are rolul dublu de a aduce căldura necesară vaporizării apei şi de a evacua vaporii de apă rezultaţi prin încălzire.

Pentru uscare, materia primă se poate prezenta în cele mai variate forme: soluţii, paste, granule, pulbere, plăci, bulgări, pânze, etc.; de obicei cu conţinut mic de apă; când materia primă conţine multă apă, este raţional să se elimine cât mai multă apă prin procedee fizice. Produsul rezultat de la uscare este practic anhidru sau conţine puţine procente de umiditate.

Factorii care influenţează uscarea sunt:

- factori referitori la materia primă: cantitatea sau debitul, forma, umiditatea, forma sub care se găseşte umidiatea, toxicitatea, inflamabilitatea, agresivitatea, sensibilitatea la oxigen, etc;

- factori referitori la agentul de uscare: natura agentului de uscare, modul de obţinere, temperatura, umezeala, debitul, impurităţi, presiunea;

- factori referitori la produs (material uscat): umiditatea finală, temperatura, granulometria, deformări, degradarea chimică şi organoleptică, impurificare;

- factori referitori la operaţia de uscare: temperatura maximă admisă în timpul uscarii, durata uscării, funcţionarea continuă sau discontinuă a uscătorului, recuperarea solventului, evacuarea aerului rezidual.

După modul în care apa este legată, Lîkov consideră următoarele forme ale umidităţii în materialele solide:

- apă legată chimic prin valenţe secundare. Legătura este strânsă, modificând proprietăţile fizice ale substanţei anhidre;

- apă legată adsorbtiv de către moleculele aflate în soluţie;

- apă legata prin forţe de adsorbţie pe suprafaţe exterioare şi interioare ale granulelor şi micelelor;

- apă legată prin presiune osmotică de către materilele celulare cu membrane semipermeabile;

- apă legată structural, cu formare de geluri;

- apă legată mecanic prin forţe de capilaritate;

- apă legată mecanic prin forţe de adeziune la suprafaţa meterialelor.

STATICA USCĂRII

Echilibrul aer – material umed

Prin echilibru aer – material umed se înţelege interdependenţa dintre umezeala aerului şi umiditatea unui material, după un contact destul de îndelungat pentru a ajunge la starea de echilibru, când umezeala aerului şi umiditatea materialului rămân constante în timp şi temperatura sistemului nu mai variază.

Pentru uscare, această interdependenţă este redată print-o curbă ca cea din figura de mai jos. Curba arată umiditatea de echilibru, ue a materialului pentru diferite stări higroscopice ale aerului înconjurător. Umiditatea de echilibru a materialului când aerul este saturat (φ = 1) se numeşte umiditatea higroscopică. Dacă materialul are umiditatea mare decât umiditatea de echilibru, materialul pierde umiditate, stare ce corespunde suprafeţei de sub curbă; invers, dacă materialul conţine umiditatea mai mică decât cea de echilibru, materialul absoarbe umiditatea, caracteristică a suprafeţei de deasupra curbei.

Diferenţa (u – ue) = ul se numeste umiditate liberă, aceasta este umiditatea care poate fi îndepărtată prin uscare.

CINETICA USCĂRII

Viteza de uscare

Pentru îndepărtarea apei dintr-un material, prin uscare, este necesar ca apa să iasă din interiorul materialului la suprafaţa lui şi ca apa de la suprafaţa materialului să fie vaporizată şi dispersată în aerul înconjurător.

Transportul umidităţii prin materialul care se usucă se face după mai multe mecanisme, depinzând de modul în care apa este legată şi după cauza care provoacă transportul: prin capilaritate, prin difuziune în stare lichidă, prin difuziune în stare de vapori, etc.

Există deci două operaţii distincte care se petrec simultan: 1) transportul de apă prin material şi 2) vaporizarea exterioară cu ajutorul aerului. Uscarea este ansamblul acestor două procese considerate elementare, iar viteza de uscare este viteza celui mai lent proces dintre procesele simultane.

Durata de uscare

Pentru dimensionarea uscătoarelor trebuie să se cunoască durata de uscare şi suprafaţa materialului în contact cu aerul.

În acest scop se studiază operaţia de uscare în două variante:

- uscarea în condiţii constante, când aerul de uscare are permanent şi pretutindeni aceeaşi umezeală şi aceeaşi temperatură, uscarea în condiţii constante decurge în regim nestaţionar;

- uscarea în condiţii variabile, când aerul îşi schimbă umezeala şi temperatura, din acest punct de vedere se studiază uscarea în regim staţionar, adică uscarea când proprietăţile aerului şi ale materialului variază în lungul uscătorului.

PROCEDEE ŞI APARATE DE USCARE

Numeroase tipuri de uscătoare, contruite ca să dea randamente cât mai bune în variatele condiţii ce li se impun, pot fi clasificate din mai multe puncte de vedere. În continuare sunt prezntate tipuri de uscătoare folosite în industrie.