Žāvēšana

Žāvēšana (kaltēšana) ir mitruma samazināšana, izmantojot siltuma paņēmienus.

Veļas žāvēšana atklātā gaisā ir uzskatāma par dabisko žāvēšanu

Ķīmiskajā rūpniecībā lieto izejvielas un pusfabrikātus ar dažādu mitruma saturu. Vajadzīgās kvalitātes produkta iegūšanai nepieciešams tajā samazināt mitrumu.

Mitruma samazināšanai pakļauti dažādi materiāli: cieti, šķidri, gāzveida. Tā samazināšanai lieto vairākus paņēmienus:

1. Mehāniskos paņēmienus (spiežot, filtrējot, centrifugējot) — lieto, ja ir augsts mitruma saturs;
2. Fizikālķīmiskos paņēmienus (mitrumu saista ar higroskopiskām vielām: koncentrētu sērskābi, fosfora(V) oksīdu, kalcija hlorīdu, silikagelu u.c.) — šis paņēmiens ir dārgs, tādēļ to lieto gāzu žāvēšanai, ja ir niecīgs mitruma saturs;
3. Siltuma paņēmienus — sildot mitrumu var pilnībā aizvadīt no materiāla. Siltuma paņēmienus iedala:
   1. izgarošana/iztvaikošana — mitrums materiālā nesasniedz viršanas temperatūru;
   2. iztvaicēšana — mitrums materiālā sasniedz viršanas temperatūru;
   3. kondensācija — samazina gāzu mitrumu, atdzesējot tās zemāk par rasas temperatūru;
   4. liofilā (sublimācijas) žāvēšana — realizē žāvējot materiālu pie temperatūras, kas zemāka par tā sastāvā esošā mitruma sasalšanas temperatūru.

Abos pirmajos paņēmienos mitrumu no materiāla aizvada, nemainot mitruma agregātstāvokli. Žāvējot ar siltumu, mitrumu pārvērš tvaikā un aizvada no materiāla.

Materiālu var izžāvēt tik sausu, cik sauss ir žāvēšanas aģents (vide). Tas nozīmē, ka vienīgi gaisa relatīvais mitrums nosaka, līdz kādam mitrumam tajā var izžāvēt materiālu. Lielākoties žāvēšana tiek veikta atmosfēras spiedienā, kā siltumnesēju izmantojot siltu gaisu. Tādā gadījumā to sauc par žāvēšanu ar gaisu. Ja žāvēšanas process notiek zem spiediena, kas ir ievērojami zemāks nekā atmosfēras spiediens, tad to sauc par žāvēšanu vakuumā.

Ir tādi materiāli, kurus nedrīkst pāržāvēt vai arī žāvēt ļoti strauji, jo tie zaudē savas īpašības un kvalitāti (tādi kā kontaktlēcas). Pārtikas un citu organiskas izcelsmes materiālu žāvēšanu veic, lai kavētu tajā mikrobu attīstību un lai būtu iespējams, saglabāt tās kvalitāti ilgākā laika posmā. Tāpat arī grāmatu glabāšanai ir savi noteikumi. Bibliotēku arhīvos tiek uzturēts noteikts gaisa mitrums. Savukārt citus materiālus mēdz žāvēt, lai samazinātu to masu un tilpumu un tādejādi, piemēram, transporta izmaksas.

Žūšanas stadijas

Materiāla žūšanas līkne

Materiāla žūšana noris vairākās stadijās — sākumā izžūst mitrums uz materiāla virsmas, šis process norit visātrāk, daudz lēnāk žūšana noris kapilāros, tad porās un visbeidzot materiāla kristāliskajā struktūrā. Materiāla žūšanas kinētiku iespējams sadalīt sekojošos posmos — pirmajā mitrums, kas ir pie materiāla virsmas, iztvaiko strauji un vienmērīgi. Kad materiāla virsma nožuvusi, žūšana sākas kapilāros, kuras ātrums samazinās. Pēc tam žūšana noris porās. Lai tas notiktu, mitrumam jāiztvaiko un jādifundē caur materiālu, lai tas izžūtu. Šis iztvaikošanas un difūzijas process ir samērā lēns, kas noved pie krasa žūšanas ātruma krituma. Materiālu intensīvi sildot ilgāku laika periodu, visbeidzot aizvada arī saistīto ūdeni no kristāla struktūras.

Dabiskā un mākslīgā žāvēšana

Izšķir dabisko un mākslīgo žāvēšanu.

Dabiskā žāvēšana

Dabisko žāvēšanu realizē atklātā gaisā (kūdras žāvēšana), zem nojumēm (ārstniecības augu žāvēšana u.c.) bez īpašas siltuma enerģijas pievadīšanas. Šis žāvēšanas veids atkarīgs no laikapstākļiem, ir ilgstošs, un tajā iegūst produktu ar augstu un mainīgu mitruma saturu.

Mākslīgā žāvēšana

Ķīmiskajā rūpniecībā galvenokārt lieto mākslīgo žāvēšanu. Siltuma enerģijas pievadītājs ir karsts gaiss, dūmgāzes, inertas gāzes, ūdens tvaiks. Mitrumu no materiāla uzņem žāvēšanas aģents, kuru nosūc ventilators vai vakuumsūknis.

Mākslīgās žāvēšanas metodi — konvektīvo (konvekcijas) žāvēšanu — plaši lieto dažādu materiālu žāvēšanai. Siltuma konvekcija notiek tikai gāzēs un šķidrumos, kad pārvietojas un sajaucas lielas molekulu grupas — šķidruma vai gāzes daļas ar dažādām temperatūrām. To veic ar gaisu (vai dūmgāzēm) paaugstinātā temperatūrā. Konvektīvajā žāvēšanā viegli uzturēt žāvēšanai nepieciešamo režīmu (temperatūru, gaisa mitrumu, plūsmas ātrumu u. c.) un iegūt materiālu ar vēlamo mitrumu. Šajās žāvētavās sasniedz augstu ražīgumu.

Kontakta žāvēšanā žāvējamais materiāls siltumu iegūst, saskaroties ar karstām virsmām, kuras apsilda piesātināts ūdens tvaiks vai dūmgāzes. Žāvēšanu realizē, materiālu novietojot pēc iespējas plānākā slānī.

Mitruma saistība ar materiālu

Žāvēšanas procesa gaita ievērojami atkarīga no mitruma saistīšanās veida ar materiālu. Ir trīs mitruma saistības veidi: mehāniskais, fizikālķīmiskais un ķīmiskais.

Mehāniskais veids

Ar materiālu mehāniski saistās virsmas mitrums un lielākos kapilārus aizpildošs mitrums. Šis ir tā saucamais ārējais jeb brīvais mitrums. Tas visvājāk saistīts ar materiālu un viegli no tā atdalāms. Mehāniski saistītais mitrums materiālā pārvietojas šķidruma veidā no materiāla centra uz iztvaikošanas joslām un tvaika veidā no iztvaikošanas joslām uz apkārtējo vidi.

Fizikālķīmiskais veids

Pie fizikālķīmiskā mitruma pieder materiāla kapilāros un porās adsorbētais mitrums (adsorbcijas mitrums), kā arī mitrums, kurš difūzijas osmotiskā spiediena rezultātā iekļūst šūnu iekšienē (osmotiskais mitrums), un tas, kuru ietver geli, tiem veidojoties (struktūras mitrums). Adsorbcijas un osmotisko mitrumu sauc par saistīto mitrumu. Šis mitrums noturas virsmas ārējo spēku lauka ietekmē. Adsorbcijas mitruma aizvadīšanai jāpatērē ievērojams enerģijas daudzums, jo mitrums jāpārvērš tvaikā, tikai tad tas pārvietojas uz materiāla virsmu. Osmotiskais mitrums difundē caur šūnu sienām šķidruma veidā. Fizikālķīmisko mitrumu ievērojami grūtāk aizvadīt no materiāla nekā mehāniski saistīto mitrumu.

Ķīmiskais veids

Ķīmiski saistītais mitrums ir kristalizācijas ūdens (piemēram, kaolinīts Al₂O₃, 2SiO₂, 2H₂O), u.c. Šis mitrums ar materiālu saistīts noteiktā daudzumā un cieši. Kristalizācijas ūdeni var atdalīt karsējot. Vielas žāvējot, ķīmiski saistīto mitrumu neaizvada, tādēļ žāvētavu aprēķinos to neņem vērā.