57 干燥过程平衡与速率

57 干燥过程平衡与速率null57 Phase equilibrium and drying rate in drying process57 Phase equilibrium and drying rate in drying processA. Equilibrium relation of drying operation B. Rate relation in drying process C. Examplenulla.物料含水量的表示方法A. 干燥操作的相平衡关系湿基含水量w干基含水量X 生产中以w表示...

null57 Phase equilibrium and drying rate in drying process57 Phase equilibrium and drying rate in drying processA. Equilibrium relation of drying operation B. Rate relation in drying process C. Examplenulla.物料含水量的表示方法A. 干燥操作的相平衡关系湿基含水量w干基含水量X 生产中以w表示，工程计算中用X更方便nullb. 湿物料中的水分与平衡关系干燥过程──表面汽化，内部迁移，……。过程复杂。湿物料=绝干物料+水分 ── 非均相混合物物料中水分分类方法水分与物料结合方式水分在干燥中能否除去水分在干燥中除去难易■ 水分与物料结合方式吸附水分──物料表面附着水分，与液态水一样，p表=ps毛细管水分──物料空隙中水分，通过毛细作用迁移至物料表面。分非吸水性和吸水性。 p表θ1──θ↑─→θ=twnull(X1-X*)──自由水分↓ 预热段很小，计算中可以忽略恒速段(B→C)物料表面湿润料内水分向表面扩散量≥表面汽化水量(Hw-H)、(t-tw)都不变──U=const──空气传给物料之显热=水分汽化之潜热──表面汽化控制null降速段(C→D→E)物料表面出现干区料内水分向表面扩散量<表面汽化水量空气传给物料之热量用于汽化表面水用于使物料温度升高 tw→θ2─→U急剧下降(汽化面↓,A不变,汽化量↓)(第一降速段)──干区逐渐扩大─→完全干枯──U进一步降低至D点──直到X→X2──内部迁移速率控制null ① 恒速干燥段分预热段、恒速段(表面汽化控制)、降速段(内部迁移速率控制)② 恒速段、降速段交点Xc，Uc──分别称临界含水率与临界干燥速率Xc ↑──进入降速段早干燥时间↑── Xc对强化干燥过程有重要意义③ Xc的影响因素物料性质──如多孔吸水物料的Xc大于多孔非吸水物料物料分散程度──分散度小的物料Xc大于分散度大的干燥速率──干燥速率快的Xc大于慢的…...null■ 干燥相平衡关系是指在一定温度下，物料含水率与空气相对湿度，即X～φ的关系，通常这一关系由实验测定。【本讲要点】■ 由于干燥速率的影响因素较复杂，因此通常采用实验方法测定数据，再标绘成干燥速率曲线，以供干燥过程分析与计算之用。■ 按在干燥过程中水分是否能除去，物料所含水分有平衡水分与自由水分之分；按水分除去的难易（水分与物料的结合方式不同），有结合水与非结合水分之分。平衡水分系由结合水分构成，而自由水分既有非结合水又有结合水分，在干燥过程中除去的是自由水分。 null■ 按照干燥速率的变化，干燥过程通常分为恒速干燥阶段和降速干燥阶段，两个干燥阶段的干燥过程不同，前者受表面水分汽化速率控制，也称为表面汽化控制阶段，后者受物料内部水分迁移速率控制，也称内部迁移控制阶段。■ 两个干燥阶段的分界点称临界点，相应的物料含湿率称临界含湿率Xc，其数值大小对完成一定任务所需干燥时间影响较大，因此准确确定Xc数值对干燥过程的强化具有重要的意义。nulla. 干燥速率的影响因素分析C. 例比较0.3cm纸箔、0.1cm纸箔、素陶瓷三种物质在以下情况下的干燥速度曲线。 ⑴ 厚度为0.3cm的纸箔在常压空气中干燥，其初始含水量为 0.5kg水/kg干料，平衡水分为0.01kg水/kg干料。当空气的湿度和温度不变，空气的速度分别为12m/s和4m/s时，画出该纸箔的干燥速度曲线示意图。 ⑵ 如仍用以上品种的纸箔，条件同上，但厚度变为0.1cm，问干燥曲线有何变化？指出与第⑴问的情况有几点不同？并将其在同一坐标图上表示出来。 ⑶ 假若物料改为素陶瓷，初始含水量和干燥条件不变，仍在上述坐标图上画出此种情况下的干燥速度曲线。 ⑷ 横向比较0.3cm、0.1cm纸箔及素陶瓷三种情况下临界湿含量、平衡湿含量等有何不同？干燥速度曲线有何不同？null解：现在需要分析：用0.3cm、0.1cm纸箔与素陶瓷三种物料，在以上情况下的干燥速度谁大？临界湿含量谁大？平衡湿含量谁大？三种物料的干燥速度曲线如下图表示。null⑴ 第一种情况：物料为0.3cm的纸箔 ① 与空气流速L1=12m/s、L2=4m/s对应的干燥速度分别为 U1、U1’，如图所示。∵ L1 > L2 ∴ U1 > U1’ 即干燥介质的气速越大，物料的干燥速度越大，见图示。null ② 与空气流速L1=12m/s、L2=4m/s对应的物料临界湿含量分别为Xc1、Xc1’，如图所示。∵ L1 > L2 ∴ Xc1 > Xc1’ 因为此时U1 > U1’，即L1所对应的恒速阶段较早地变为降速阶段。转折点早，表明Xc1的值较大，见图示。③ 平衡湿含量X*的比较虽然空气的流速不同，但只要干燥介质的状态相同(温度、湿度相同)，对于同种物料来说，平衡湿含量X*就相同。如图所示横坐标平衡湿含量为X1*所对应的纵坐标干燥速度为零。null⑵ 第二种情况：物料为0.1cm的纸箔 ① 与空气流速L1=12m/s、L2=4m/s对应的干燥速度分别为 U2、U2’，如图所示。∵ L1 > L2 ∴ U2 > U2’ 与第一种情况同理，见图示。null ② 与空气流速L1=12m/s、L2=4m/s对应的物料临界湿含量分别为Xc2、Xc2’，如图所示。∵ L1 > L2 ∴ Xc2 > Xc2’ 与第一种情况同理，见图示。③ 平衡湿含量X*的比较空气的状态相同(温度、湿度相同)，对于同种物料来说，平衡湿含量X*相同。图中用X1*表示与第一种情况重合。⑶ 第三种情况：物料为素陶瓷 ① 空气的状态与流速与第⑴、⑵相同，L1所对应的干燥速度为U3，L2对应的为U3’∵ L1 > L2 ∴ U3 > U3’。null ② L1、L2所对应的物料临界湿含量分别为Xc3、Xc3’。∵ L1 > L2 ∴ Xc3 > Xc3’ 。 ③空气的状态相同，对于同种物料来说，平衡湿含量X2* 相同。 ⑷ 当L1=12m/s时，0.3cm纸箔、0.1cm纸箔、素陶瓷三者对应的干燥速度分别为U1、U2、U3；当L2=4m/s时，对应的干燥速度分别为U1’、U2’、U3’，比较它们的U、Xc、 X*大小。 ① ∵ L1 > L2 ∴ U > U’ ，但U3=U1=U2， U3’=U1’=U2’这是因为无论是纸箔还是素陶瓷，在恒速干燥阶段物料表面全部被非结合水覆盖，此时干燥速度便为定值，物料中的非结合水无论其数量为多少，所表现的性质与纯水相同，物料null表面达到空气的湿球温度tw，在恒速阶段其温度值维持不变，传质速率NA=kH(Hw-H)也维持不变。 ② 素陶瓷的临界湿含量Xc3比纸箔的湿含量Xc1、Xc2高还是低？素陶瓷与纸箔相比，其临界湿含量Xc3较低，这是因为素陶瓷与纸箔相比，前者为多孔性吸水小的物质，后者为吸水性大的物质，在相同的空气状态下，当初始湿含量相同时，素陶瓷的恒速阶段长于纸箔，所以临界湿含量Xc3小于纸箔的临界湿含量Xc1、Xc2。 ③ 平衡湿含量随物质种类而异，吸水性小的素陶瓷其平衡湿含量X2*比吸水性大的纸箔的平衡湿含量X1*低，即X2* Xc素陶瓷，这是因为对相同的初始含水量来说，吸水性强的物料内部水分所占的比例大，而外部水分所占的比例小，在干燥速率曲线上转折点出现得早。 ② 料层越薄，临界湿含量Xc越低。如0.3cm纸箔的临界湿含量大于Xc1大于0.1cm纸箔的湿含量Xc2。 ③ 干燥介质的气速L越高，物料的干燥速度U越高，临界湿含量Xc越高。null④ 物料分散得越细，临界湿含量Xc越低。 ⑤ 气体介质的相对湿度φ越低，干燥速度U越高，临界湿含量越高。

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