Sušenje

Pregled različitih procesa sušenja

Pojam sušenje, isušivanje ili eksikacija općenito označava izdvajanje tekućina iz nekog materijala ili predmeta putem njenog isparavanja ili korištenjem materijala za isušivanje ili drugih tehničkih i hemijskih metoda. Jedna od karakteristika sušenja jeste da se u predmetnom materijalu ili objektu smanjuje vlaga (odvlaživanje) po pravilu putem termičko-fizikalnog pretvaranje tekućine (većinom promjenom njenog agregatnog stanja u gasovito).

U procesu sušenja, pod tekućinom najčešće se radi o vodi, zbog čega se pojam sušenja uglavnom smatra istoznačnim kao i uklanjanje vode ili odvodnjavanje. Međutim, pojam "sušenje" može podrazumijevati uklanjanje i drugih vrsta tekućina. Tehnička oblast upotrebe, koja se bavi sušenjem materijala, naziva se tehnika sušenja. Mašine i aparati koji služe za sušenje općenito se nazivaju sušači, sušare (u drvnoj i prehrambenoj industriji), isušivači ili odvlaživači.

Fizičke osnove sušenja zrakom kao sredstvom za sušenje pri konvekciji jeste pritisak pare tečnosti na nekoj određenoj temperaturi i pri određenom pritisku. Ako udio tečnosti u atmosferi odgovara pritisku pare (ili je veći od nje), tada nije moguće sušenje (tj. isparavanje). Ako zrak sadrži manje tečnosti, brzina sušenja zavisi od pokretačkom gradijentu koncentracije i razmjeni plinova (vjetru, površini koja se suši). Uz višu temperaturu po pravilu povećava se i pritisak pare, što olakšava sušenje. Sa opadanjem pritiska, raste mogući udio tečnosti u atmosferi. Za neke važnije fluide, naročito za vodu, konstruirani su dijagrami i tabele kojim se služe tehničari za brže i lakše određivanje brzine tehničkog sušenja. Najvažniji takav dijagram je Mollierov dijagram vlažnog zraka.

Mehanizam sušenja

U nekim proizvodima koji imaju relativno visok početni udio vlage u sebi, početno linearno smanjenje prosječnog udjela vlage kao funkcije vremena može se izračunati u ograničenom vremenskom periodu, koji se često naziva "period konstantne brzine sušenja". Obično se u tom periodu odstranjuje površinska vlaga izvan pojedinačnih čestica predmeta. Brzina sušenja tokom ovog perioda najčešće zavisi od brzine prijenosa toplote na materijal koji se suši. Zbog toga, najveća moguća brzina sušenja koja se može postići ograničena je prijenosom toplote. Ako se sušenje nastavi, nagib krivulje brzine sušenja postaje sve manje strm (period opadajuće brzine) i na kraju ima tendenciju da bude gotovo horizontalna pri vrlo dugim vremenskim intervalima. Sadržaj vlage proizvoda je tada stalan pri "ravnotežnom stanju vlage", gdje je, praktično, u ravnoteži sa dehidratizirajućim medijem. U periodu opadanja brzine, migracije tekućine iz unutrašnjosti predmeta ka površini uglavnom se odvija molekularnom difuzijom, tj. protok tekućine proporcionalan je gradijentu udjela vlage. To znači da se vlaga kreće iz područja sa višim sadržajem vlage u područje sa nižim vrijednostima, što je fenomen objašnjen drugim zakonom termodinamike. Ako je uklanjanje tekućine značajno, predmeti koji se suše obično se skupljaju i deformiraju, osim u dobro dizajniranim procesima sušenja zamrzavanjem. Brzina sušenja u periodu opadanja brzine kontrolira se brzinom uklanjanja vlage ili rastvarača iz unutrašnjosti čvrstog predmeta koji se suši i naziva se "ograničenim transferom mase". Ovo je vrlo uočljivo u higroskopnim proizvodima kao što je voće i povrće gdje se sušenje odvija u periodu smanjenja brzine gdje je period konstantne brzine sušenja zanemariv.