干燥动力学知识2

14.3干燥速率与干燥过程计算14.3.1物料在定态空气条件下的干燥速率定态空气条件──空气的温度、湿度、流速以及与物料的接触方式都不变──大量空气干燥少量物料湿基含水量w干基含水量Xt物料含水量的表示方法生产中以w表示，工程计算中用X更方便

干燥速率定义与影响因素分析

定义：kg水/m2.hW──汽化水量，kg/hGc──绝干物料量，kg干料/hA──物料干燥表面积，m2τ──干燥时间，h(或s)差分近似只要测定τ～G数据经简单处理即可得到NA

NA影响因素：①物料水分结构（内部条件）②空气状态（外部条件）空气状态（t，H）t↑，H↓(由于(t-tW)↑，(HW-H)↑)──NA

↑③空气气速（流体力学条件）u气↑──α↑，kH↑──

NA

↑(过程实质──传质、传热)④物料形状（物料表面A大小)物料干燥表面↑──NA

↑(切片、颗粒状物料等)⑤物料与气流接触方式气流掠过、穿过物料表面，颗粒料悬浮于气流中等⑥设备结构一、动力学实验

干燥速率曲线(恒定干燥条件下)测定装置kg水/m2.h干燥曲线干燥速率曲线用实验数据经处理直接标绘出干燥速率曲线。干燥过程分析预热段(A→B)t>θ1─θ↑→θ=tw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──物料保持在θ=tw恒温下──空气传给物料之显热=水分汽化之潜热──表面汽化控制τXθCABDEABCDEθ1θ2twX*X1X2特点：(1)除去的是非结合水，与汽化纯水情况相同；(2)物料温度恒定为tw；(3)内部水分向表面传递速率汽化速率相等；(4)NA与物料含水量X无关，取决于空气状态，为表面汽化控制阶段。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─→NA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τXθCABDEABCDEθ1θ2twX*X1X2（1）降速原因：汽化表面减小；汽化面内移；平衡蒸汽压下降；内部水分扩散极慢（2）物料内部水分向表面传递的速率小于水分汽化速率；（3）物料表面出现干区，不被完全湿润，温度上升；（4）除去物料中的结合水与部分非结合水分；（5）干燥速率取决于物料本身结构及尺寸，与空气状态无关，称为内部迁移控制阶段；降速段特点：临界含水量影响因素：物料本身的性质及空气状态恒速段干燥速率NA，NA↑，XC↑；无孔吸水性物料的XC值比多孔性物料为大；料层厚度越大，XC值越高；物料分散越细，XC值越小临界自由含水量XCX*含水量Xt临界干燥速率Xc↑──进入降速段早对一定干燥任务干燥时间↑──Xc对强化干燥过程有重要意义干燥速率曲线t↑u↑物料厚度↑XtNAXtNAXtNA14.3.2间歇干燥过程的计算14.3.2.1恒速阶段的干燥时间τ1恒定干燥条件：t、H、u、接触方式──大量空气干燥少量物料的情况。

在不同干燥阶段，U=f(X)不同，应分段计算。NA=NAc=const，X1─→XcQ=αA(t－tw)N=kH(Hw－H)A物料表面温度tw；Hw为tw下的空气饱和湿度，①由干燥速率曲线查出②用解析法求出NA的求取：对于静止的物料层，当空气平行流过物料表面时：对于静止的物料层，当空气垂直流过物料表面时：球形颗粒悬浮于气流中α的经验式14.3.2.2降速阶段的干燥时间τ2XXCNA总干燥时间例14-414.3.3连续干燥过程的一般特性↓↑物料衡算以1s为基准，以干燥器为控制体GcX1+VH1=GcX2+VH2W=Gc(X1－X2)=V(H2－H1)水分蒸发量新鲜空气V，H1废气V，H2干燥产品Gc，X2湿物料Gc，X1干燥器14.3.4连续干燥过程的物料衡算和热量衡算Gc=G1(1－w1)=G2(1－w2)绝干物料量空气消耗量V单位：kg绝干气/sH1=H0，故有：湿空气消耗量：V0=V(1＋H0)单位：kg新鲜空气/sV′=VvH选风机参数单位：m3/s单位空气消耗量湿空气体积：热量衡算预热器热量衡算进入预热器的热量：Q+VI0离开预热器的热量：VI1VI0+Q=VI1Q=V(I1-I0)干燥器热量衡算进入干燥器的热量：离开干燥器的热量：VI1+GI1′

+Q补=VI2+GI2′

+Q损VI1—空气带入GcI1′—物料带入Q补—补充加入VI2—空气带出GcI2′—物料带出Q损—干燥器热损失湿物料焓I′的计算理想干燥过程(等焓干燥过程)

条件：（1）干燥器内无补充加热，即Q补=0；（2）干燥器的热损失可忽略不计，即Q损=0；（3）物料进出干燥器时焓相等，即I2′=I1′。Aφ0Bφ1Cφ2t1t0t2I1I0H0H2=H1=I2000I2=I1Ht实际干燥过程（非等焓干燥过程）（1）操作线在BC下方

Q补=0，或Q补＜Q损+Gc(I2’-I1’)CC1C2C3（2）操作线在BC上方

Qu补≠0，且Q补>Q损+Gc(I2’-I1’)（3）Q补≠0，且t2=t1例14-5、14-6tHABt1t0I1I014.3.5干燥过程的热效率空气在干燥器中放出热量的分析=VCH1(t1-t2)+VCH1(t2-t0)热效率Q补=0应用条件Q补=Q损=0，并不限于理想干燥器(Q损=0)提高η的途径：（1）降低t2

分析：t2↓，废气带走热量Q3↓，故η↑

但不能太低，t2＞(20~60)+td（2）提高t0、t1

分析：t0↑，t1↑，则Q3↓，故η↑。（4）减小Q损

分析：Q损↓，则Q↓，故η↑。（3）提高H2H2↑，W、H1不变，则V↓，则Q↓，故η↑。但H2↑也应有上限干燥过程的图示1、一般过程60℃90℃BC可降低预热温度，使用低能位热源；20℃120℃2、中间加热A

A20℃

C60℃

B90℃60℃90℃CBA20℃90℃60℃A60℃20℃90℃BCH2′H2减少空气用量，使热效率提高；物料不能与高温接触时，采用中间加热。预热器干燥器ABCH0

t0

H1

t1

H2

t2

B3、废气循环MHmtm

H0

t0

AMC可降低空气预热温度t1H2I1=I2t2t1t1′预热器干燥器ABCH0

t0

H2

t2

Hmtm

M4、去湿过程

H1

t1

H2

t2

冷却ABC

H1H2可灵活控制空气进干燥器时的温度和湿度；使干燥推动力比较均匀；空气温度低，热损失可以减小。BH0

t0

ACH2t2M

H1

t1压力对I---H图各线的影响（总压增大）等I

线

I=（1.01+1.88H)t+2500H

H、t不变，则I不变等t线不变等H线等H线不变水汽分压线上移HIPp-H-HP=1.0=1.0由

于是，P增大等φ线上移。等φ线水汽分压线加压对干燥不利，使推动力降低。HIPp-H-HP=1.0=1.0讨论：若总压增大，露点温度和绝热饱和温度怎样变化？绝热饱和温度升高Atdtd′tastas′露点温度升高14.4干燥器14.4.1干燥器的基本要求对被干燥物料的适应性首要条件设备的生产能力要高干燥时间能耗的经济性厢式干燥器气流干燥器沸腾床干燥器转筒干燥器喷雾干燥器滚筒干燥器耙式真空干燥器微波干燥器红外线干燥器对流式传导式介电加热式辐射式按加热方式分按操作方式分间歇式连续式分类

厢式干燥器喷雾干燥器特点：结构简单，适应性强。但生产率低，产品质量不易均匀。适用于小规模、多品种的场合。特点：喷雾干燥的干燥时间短，料液直接加工成固体产品。适用于热敏性物料的干燥。设备大、能耗高。14.4.2常用对流式干燥器气流干燥器特点：干燥时间短，成品质量均匀，对物料有破碎作用。设备庞大。流化床干燥器特点：结构简单，造价低，活动部件少，操作维修方便，热效率较高。适用于粒径在30mm～6mm的粉粒状物料。转筒干燥器特点：机械化程度高，生产能力大，产品质量均匀，对各种物料的适应性强例1.总压100kPa，空气的温度为20℃，湿度为0.01kg/kg绝干气。试求：⑴空气的相对湿度Φ1；⑵总压P与湿度H不变，将空气温度提高至50℃时的相对湿度Φ2；⑶温度t与湿度H不变，将空气总压提高至120kPa时的相对湿度Φ3；⑷若总压提高到300kPa，温度仍维持20℃不变，每100m3原湿空气冷凝出来的水分量。【解】⑴相对湿度φ1：t＝20℃时，ps＝2.334kPa。⑵将空气温度提高至50℃时的相对湿度φ2：因P和H不变，则p水汽仍为1.582kPa，

t＝50℃，ps＝14.99kPa⑶总压提高至120kPa时的相对湿度Φ3:因总压提高到120kPa，空气湿度H不变，

当P＝100kPa时，p水汽＝1.582kPa。现t不变，P＝300kPa，因p水汽∝P，则理论上p水汽＝1.582×3＝4.746kPa，但20℃的PS＝2.334kPa，故在压缩过程中必有水分析出。空气中的水蒸气分压将保持为PS＝2.334kPa，则加压后的空气湿度为饱和湿度。加压后每kg绝干气冷凝出来的水分量为：⑷若总