في عملية التجفيف — للأغذية أو الأدوية أو السيراميك أو الخشب أو الغسيل — يتغير معدلُ التجفيف مع الزمن وتحدّه آليتان مختلفتان.
طور المعدل الثابت
في البداية يكون سطح المنتج مبلّلًا. فيحدث التبخر عند السطح ويحدد معدلَه مدى سرعة إزالة الهواء للرطوبة. والجانب المحدِّد هو الخارجي: سرعة الهواء، ودرجة حرارته، ورطوبته النسبية.
وفي هذا الطور تساعد زيادةُ تدفق الهواء أو رفعُ الحرارة مساعدةً مباشرة. وتبقى درجة حرارة السطح قريبة من درجة حرارة البصلة الرطبة للهواء بفعل التبريد التبخيري — وهو حاجز طبيعي يحمي المنتج.
طور المعدل المتناقص
مع جفاف السطح تنسحب جبهةُ التبخر إلى داخل المنتج. وصار على الرطوبة أن تبلغ السطح، ويحدد المعدلَ الانتشارُ الداخلي.
وفي هذا الطور تكاد التحسينات في جانب الهواء لا تؤثر. وتوفيرُ تدفق أكبر يستهلك طاقة لا غير. بل الأسوأ أن درجة حرارة المنتج ترتفع سريعًا لأن السطح لم يعد يُبرَّد بالتبخر — فالاحتراق والتشقق وفقدان الجودة تقع في هذا الطور بالذات.
النتيجة التصميمية
المجفف الجيد يوفّر ظروفًا مختلفة للطورين: تدفقًا وحرارةً مرتفعين في البداية، ثم خفضًا متدرجًا. أما المجفف ثابت الظروف فإما أن يجتاز الطور الأول ببطء وإما أن يُتلف المنتج في الثاني.
النمذجة
التبخر منبعُ كتلة وطاقة. البخارُ المغادر للسطح يرفع رطوبة الهواء، والحرارةُ الكامنة تبرّد السطح؛ ويجب حلّ الأمرين معًا. وتُستخدم علاقاتُ انتقال الكتلة الكلاسيكية لتبخر القطرات أو الأسطح المسامية [1].
التوزيع حاسم. إذا أُريد أن تجفّ كل قطعة في الدفعة بالقدر نفسه، فالمهم ليس التدفق الكلي بل كيفية توزّعه بين الصواني — وهي مسألة توزيع كلاسيكية.
جانب المنتج يُنمذَج على حدة. الانتشار الداخلي ينتمي إلى نموذج المنتج لا إلى حلّ الجريان؛ ويلتقي الاثنان عند السطح.
المراجع
- Ranz, W. E. & Marshall, W. R. (1952). Evaporation from drops. Chemical Engineering Progress, 48, 141–146 (Part I) and 173–180 (Part II).
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605