第10章干燥天大版环城学院.ppt

结合水分：与物料存在某种形式的结合，其汽化能力比独立存在的水要低，蒸汽压或汽化能力与水分和物料结合力的强弱有关。 湿含量 X Xh 相对湿度 ? 非结合水分 结合水分 0 1.0 0.5 2.结合水分与非结合水分 非结合水分：与物料机械形式的结合，附着在物料表面的水，具有和独立存在的水相同的蒸汽压和汽化能力。 一定干燥条件下，水分除去的难易，分为结合水与非结合水。 结合水分按结合方式可分为：吸附水分、毛细管水分、溶涨水分(物料细胞壁内的水分)和化学结合水分(结晶水)。 化学结合水分与物料细胞壁水分以化学键形式与物料分子结合，结合力较强，难汽化；吸附水分和毛细管水分以物理吸附方式与物料结合，结合力相对较弱，易于汽化。 物料的总水分、平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分之间的关系见图示。 总水分 自由水分 平衡水分 非结合水分 结合水分 x* x0 x1 空气相对湿度φ 100% 物料的含水量 0 5.3.2干燥过程与时间 对一定干燥任务，干燥器尺寸取决于干燥时间和干燥速率。 由于干燥过程的复杂性，通常干燥速率不是根据理论进行计算，而是通过实验测定的。 为了简化影响因素，干燥实验都是在恒定干燥条件下进行的，即在一定的气－固接触方式下，固定空气的温度、湿度和流过物料表面的速度进行实验。 为保证恒定干燥条件，采用大量空气干燥少量物料，以使空气的温度、湿度和流速在干燥器中恒定不变。实验为间歇操作，物料的温度和含水量随时间连续变化。 恒速干燥段 物料温度恒定在 tw，X～? 变化呈直线关系，气体传给物料的热量全部用于湿份汽化。 预热段 初始含水量 X1 和温度 ? 1 变为 X 和 tw。物料吸热升温以提高汽化速率，但湿含量变化不大。 干燥曲线：物料含水量 X 与干燥时间 ? 的关系曲线。 1.干燥曲线 A 湿含量X Xc tw D C B A D C B t X* 物料表面温度? 干燥时间 ? 预热段 恒速段 降速段 降速干燥段 物料开始升温，X 变化减慢，气体传给物料的热量仅部分用于湿份汽化，其余用于物料升温，当 X = X* ，? = t。 物料的结构和吸湿性 降速段干燥速率曲线的形状因物料的结构和吸湿性而异。 多孔性物料 ：湿份主要是藉毛细管作用由内部向表面迁移。 非多孔性物料 ：借助扩散作用向物料表面输送湿份，或将湿份先在内部汽化后以汽态形式向表面扩散迁移。如肥皂、木材、皮革等。 吸湿性物料 ：与水份的亲合能力大。 非吸湿性物料 ： 不同物料的干燥机理不同，湿份内扩散机理不同，干燥速率曲线的形状不同，情况非常复杂，故干燥曲线应由实验的方法测定。 干燥速率的定义 干燥速率U：干燥面积单位时间内汽化的湿分量 (kg湿分/s)。微分形式为， 式中：U —— 干燥速率，kg/（m2s）； W —— 汽化水份量，kg； Gc —— 绝干物料的质量，kg； 如果物料形状是不规则的，干燥面积不易求出，则可使用干燥速率进行计算。? 设物料的初始湿含量为 X1，产品湿含量为 X2： 当 X1＞Xc 和 X2＜Xc 时，干燥有两个阶段； 当 X1＜Xc 或 X2＞Xc 时，干燥都只有一个阶段，即恒速干燥段。 由于物料预热段很短，通常将其并入恒速干燥段； 以临界湿含量 Xc 为界，可将干燥过程只分为恒速干燥和降速干燥两个阶段。 干燥速率曲线：干燥速率 U与湿含量 X 的关系曲线。干燥过程的特征在干燥速率曲线上更为直观。 2.干燥速率曲线 A B C D 干燥速率 U 或 N A B C D 物料温度? tw Xc X* 湿含量 X I II C’ 3.理论解释 (机理) 恒速干燥段：物料表面湿润，X Xc，汽化的是非结合水。 恒定干燥条件下 τ = tw，p = ps α和 kp 不变 由物料内部向表面输送的水份足以保持物料表面的充分湿润，干燥速率由水份汽化速率控制(取决于物料外部的干燥条件)，故恒速干燥段又称为表面汽化控制阶段。 湿物料与空气间的q 和 N 恒定 降速干燥段：X Xc－－内部扩散控制 物料实际汽化表面变小 (出现干区)，第一降速段； 汽化表面内移，第二降速段； 平衡蒸汽压下降 (各种形式的结合水)； 固体内部水分扩散速度极慢 (非多孔介质)。 降速段干燥速率取决于湿份与物料的结合方式，以及物料的结构，物料外部的干燥条件对其影响不大。 临界湿含量 Xc 决定两干燥段的相对长短，是确定干燥时间和干燥器尺寸的基础数据，对制定干燥方案和优化干燥过程十分重要。 物 料 空气条件 临界湿含量 品种 厚度mm 速度m/s 温度℃ 相对湿度% kg水/ kg干料 粘土 6.4 1.0 37 0.10 0.11 粘土 15.9 1