（化工过程机械专业论文）流化床干燥胡萝卜的研究.pdf

a b s t r a c t b o t ht h et h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n o n d r y i n g o fc a r r o t p e r f o r m e di nab a t c hf l u i d i z e db e da r ep r e s e n t e di nt h et h e s i sa sf o l l o w s ： 1 b yd i f f e r e n ts i e v ep l a t e s an u m b e ro fe x p e r i m e n t so fd r y i n gc a r r o tp a r t i c l e s w e r ec a r r i e do u t b a s e do nt h e s ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ，ap r o p e rs i e v ep l a t ew h i c h h a so p t i m a lr a t i oo fo p e n i n go r i f i c ea n dd i a m e t e rw e r ed e t e r m i n e dt h e s e e x p e r i m e n t sp r o v i d e dr e f e r e n c ef o rd e s i g no ff l u i d i z e db e dd r y e r s t h ei n f l u e n c e o fs i e v ep l a t eo nf l u i d i z e db e dd r y e rw a sa l s oa n a l y z e d 2 t h em i n i m u mf l u i d i z e dv e l o c i t yw a sf o u n db yc o l dm o d u l et e s t s al o to f e x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e d o u ti nd i f f e r e n tf l u i d i z e dd r y i n gc o n d i t i o n s t h e s e c o n d i t i o n si n c l u d e dd i f f e r e n tv e l o c i t ya n dt e m p e r a t u r eo fh e a t i n ga i r ，d i f f e r e n tb e d l o a da n dd i a m e t e ro fp a r t i c l e s t h em e c h a n i s mo ft h e i ri n f l u e n c eo nc a r r o td r y i n g v e l o c i t y , p r o d u c t i o nq u a l i t ya n de n e r g ye f f i c i e n c yw a sa n a l y z e da tl a r g e t h e s e p a r a m e t e r sc o u l dp r o v i d e o p t i m a l p r o d u c tc o n d i t i o nf o ri n d u s t r i a l i z a t i o n 3 t h ei n f l u e n c eo fb l a n c h i n go nc a r r o td r y i n gw a sc a r r i e do u t t h er e a s o ni n f l u e n c e o fb l a n c h i n gw a sa l s op r e s e n t e di nt h et h e s i s u n d e rt h es a m ef l u i d i z e dd r y i n g c o n d i t i o n s ，t h ed r y i n gp r o c e s sa n dp r o d u c t i o nw e r ec o m p a r e dw i t ht h o s en o tb e i n g b l a n c h e d b yc o m p a r i s o n ，t h et h e s i st h i n k st h a tb l a n c hc a ns a v ed r y i n ge n e r g n b r i g h tp r o d u c t i o nc o l o r , b u ti tw o u l dl o s es o m en u t r i t i o no ff r u i t sa n dv e g e t a b l e s 4 t h ed e t a i l e dt h e o r e t i c a lf o r m u l a sw e r ef i g u r e do u tb a s e do nt h et w o - p h a s ef l o w m o d e l t h ec a l c u l a t e dv a l u e sw e r ec o m p a r e dw i t ht h ee x p e r i m e n t a ld a t a ，t h e r e s u l t sa r es a t i s f i e d t h e s e p r o v i d e dr e f e r e n c ef o rp a r a m e t e r sc o n t r olo f a u t o m a ti ejn d u s t r ia 】jz a t jo n k e yw o r d s ：t w o p h a s ef l o wf l u i d i z e db e d d r y i n g 墨鎏叁兰塑! 笙苎 塑兰j 翌兰己壁l 第一章文献综述 水果和蔬菜是除谷物以外产量壤大的农产品，具有非常丰富的营养，但是 它们的产地分布和生产季节并不平衡，为满足不同季节、不同地区人们生活的 需求，需要大量的储藏和运输。新鲜的果蔬含水量大多超过8 0 ，在储运过程 中处理不当便会腐烂。储藏果蔬的工艺，工业上主要有罐减、冷藏、和干藏， 其中干藏可以使果蔬的含水量降至足够低，抑制细菌的滋生，延长果蔬的储藏 期，并可减轻重量，便于运输1 1 ) 。 对于果蔬的干燥，我们不仅要关心它的干燥速率和干燥费用，而且要关心 它的色泽、营养、口感以及它的复水性能。干燥果蔬的方法主要有太阳能干煤、 真空干燥、冷冻干燥、远红外干燥、微波干燥、流化床于燥及浓溶液渗透脱水 等。原始的太阳能干燥受天气制约，而且易受污染，产品质量不易控制；现代 太阳能于燥器( 组合式) 结构复杂，设备投资费用很高；真空干燥和冷冻于燥 对果蔬的营养、色泽及口感保持较好，而且产品的复水性也好f 2 l ，但真空于燥 和冷冻干燥器运行费用昂贵，如对土豆、胡萝h 、洋葱等大众蔬菜而言，经济 上不太合算：单纯的溶液脱水并不能达到干燥产品的要求；不对果蔬进行预先 脱水，直接运用远红外或微波干燥，操作费用高；对于流化床，有人在振动流 化床上对魔芋嘲、胡萝卜嘲等作过一些研究，还有一些研究者用普通流化床干燥 辣椒粉、芥末及洋葱等1 5 l ，都取得了较好的效果。但用普通流化床来干燥果蔬 的研究比较少。 与其他方法相比，流化床干燥器具有很多优点：由于气固问的良好接触， 传热、传质效率较高；由于存在强烈的鼓泡现象，固体之间剧烈混合，使得整 个床层的温度几乎均匀一致，易于控谁8 操作温度，而这对热敏性物质的干燥非 常重要；而且，对于由扩散控制的干燥过程而言，能够很容易地通过延长停留 时问来得到合格的产品；设备简单，投资较少1 6 1 。 基于以上优点，流化床干燥器在近二十年以来发展很快，特别是在化工、 轻工、医学、食品及建材工业等方面都得到了广泛的应用m ，干燥的物料也从 墨婆叁堂堡! ! 堡兰 兰：至兰堂至望l 粉状粒状固体，拓展到了溶液、悬浮液及膏糊状物料湖。相对工业应用上的快 速发展而言，流化床干燥的理论研究并没有取得同步的进展，流化床干燥器的 设计很大一部分还是基于经验知识q 【1 q ，其主要原因可能在于流化床干燥过程 的分析同时涉及流体力学、传质、传热等方面，因而较为复杂。另外，影响流 化床干燥的操作条件很多且与粒子本身特性相互影响，这又为分析干燥过程增 添了难度。例如，s d n v a s ae ta 1 1 认为增加气速和温度会增加干燥速率，同 时，床高对干燥速率的影响在定范围内有较大的影响，因此，气速对干燥速 率的影响就表现为二者的综合结果，因为增加气速会同时增加气泡分率和床 高。气速和温度对干燥的影响程度还与干燥所处的阶段是表面汽化控制还是内 部扩散控制有很大的关系。几十年以来，研究人员根据各自的实验提出了俩百 多种数学模型，但由于实验条件的局限性，他们的模型在推广使用上都存在着 这样或那样的局限性”。 1 1 流态化的基本概念及鼓泡理论 1 1 1 流态化的判别准则 流态化是以流体使固态物质流体化的一种操作状态，一般可分为聚式流态 化和散式流态化，现在人们认为采用j o h s o n 和r o m e r o 稳定性方程【1 3 l 【1 5 】 来区分二者比较准确： 号掣( 划h ( 1 0 0 0 0 誊萎蒹羹蓑馓黼舭 m p ， l d b c dj 散式流态化 式中： d s _ 一粒子直径，md b e 广床层直径，m f r 一弗鲁德准数i 一临界流化状态的床层高度，m r e 一雷诺准数p 。一固体密度，k g m 3 pf - - 气体密度，k g m 3 流化床于燥过程一般都处在聚式流态化范围内。影响流态化的主要因素是 粒子特性，一般而言，处于a 区( 2 0 d 。 1 0 0 , m ，p s - p 。 1 4 0 0 眵，) 和 墨婆叁堂堡! ! 堡兰 兰：至兰堂至望l 粉状粒状固体，拓展到了溶液、悬浮液及膏糊状物料湖。相对工业应用上的快 速发展而言，流化床干燥的理论研究并没有取得同步的进展，流化床干燥器的 设计很大一部分还是基于经验知识q 【1 q ，其主要原因可能在于流化床干燥过程 的分析同时涉及流体力学、传质、传热等方面，因而较为复杂。另外，影响流 化床干燥的操作条件很多且与粒子本身特性相互影响，这又为分析干燥过程增 添了难度。例如，s d n v a s ae ta 1 1 认为增加气速和温度会增加干燥速率，同 时，床高对干燥速率的影响在定范围内有较大的影响，因此，气速对干燥速 率的影响就表现为二者的综合结果，因为增加气速会同时增加气泡分率和床 高。气速和温度对干燥的影响程度还与干燥所处的阶段是表面汽化控制还是内 部扩散控制有很大的关系。几十年以来，研究人员根据各自的实验提出了俩百 多种数学模型，但由于实验条件的局限性，他们的模型在推广使用上都存在着 这样或那样的局限性”。 1 1 流态化的基本概念及鼓泡理论 1 1 1 流态化的判别准则 流态化是以流体使固态物质流体化的一种操作状态，一般可分为聚式流态 化和散式流态化，现在人们认为采用j o h s o n 和r o m e r o 稳定性方程【1 3 l 【1 5 】 来区分二者比较准确： 号掣( 划h ( 1 0 0 0 0 誊萎蒹羹蓑馓黼舭 m p ， l d b c dj 散式流态化 式中： d s _ 一粒子直径，md b e 广床层直径，m f r 一弗鲁德准数i 一临界流化状态的床层高度，m r e 一雷诺准数p 。一固体密度，k g m 3 pf - - 气体密度，k g m 3 流化床于燥过程一般都处在聚式流态化范围内。影响流态化的主要因素是 粒子特性，一般而言，处于a 区( 2 0 d 。 1 0 0 , m ，p s - p 。 1 4 0 0 眵，) 和 墨婆叁堂堡! ! 堡兰 兰：至兰堂至望l 粉状粒状固体，拓展到了溶液、悬浮液及膏糊状物料湖。相对工业应用上的快 速发展而言，流化床干燥的理论研究并没有取得同步的进展，流化床干燥器的 设计很大一部分还是基于经验知识q 【1 q ，其主要原因可能在于流化床干燥过程 的分析同时涉及流体力学、传质、传热等方面，因而较为复杂。另外，影响流 化床干燥的操作条件很多且与粒子本身特性相互影响，这又为分析干燥过程增 添了难度。例如，s d n v a s ae ta 1 1 认为增加气速和温度会增加干燥速率，同 时，床高对干燥速率的影响在定范围内有较大的影响，因此，气速对干燥速 率的影响就表现为二者的综合结果，因为增加气速会同时增加气泡分率和床 高。气速和温度对干燥的影响程度还与干燥所处的阶段是表面汽化控制还是内 部扩散控制有很大的关系。几十年以来，研究人员根据各自的实验提出了俩百 多种数学模型，但由于实验条件的局限性，他们的模型在推广使用上都存在着 这样或那样的局限性”。 1 1 流态化的基本概念及鼓泡理论 1 1 1 流态化的判别准则 流态化是以流体使固态物质流体化的一种操作状态，一般可分为聚式流态 化和散式流态化，现在人们认为采用j o h s o n 和r o m e r o 稳定性方程【1 3 l 【1 5 】 来区分二者比较准确： 号掣( 划h ( 1 0 0 0 0 誊萎蒹羹蓑馓黼舭 m p ， l d b c dj 散式流态化 式中： d s _ 一粒子直径，md b e 广床层直径，m f r 一弗鲁德准数i 一临界流化状态的床层高度，m r e 一雷诺准数p 。一固体密度，k g m 3 pf - - 气体密度，k g m 3 流化床于燥过程一般都处在聚式流态化范围内。影响流态化的主要因素是 粒子特性，一般而言，处于a 区( 2 0 d 。 1 0 0 , m ，p s - p 。 1 4 0 0 眵，) 和 丕鲨叁竺塑! ：笙壅 堡：垦墨l 堡生一 b 区f 4 0 d 。 5 0 0 p m ，1 4 0 0 p 。一p 。 1 0 8 , u u 。= 7 8 ，灵活 性较差，而对于a r l 的粒子，u um f = 6 4 9 2 。灵活性较好【1 3 1 。 临界气速的影响因素很多，主要包括粒子特性( 形状、密度、粒径及粒径 分布等) 、气体特性( 粘度、密度等) 及操作条件( 温度、压力、流化床流化 段的高径比等) 。临界气速大多采用实验方法来确定，在难以用实验方法确定 的情况下，可以采用e r g u n 1 3 1 公式来估算。 叁= 1 5 0 嘉+ ：等r e m ，( 1 - 2 ) 3 r e 。f 玉巾： 咖：m f “ a r ：丛掣 r c 。，一d s l g g u m f ( 1 3 ) 公式右边第一项反映了流化床内粘度特性对u 。，影响，对于r e 1 0 0 0 ( 大颗粒、高流速的情况) 可略去第一项，只考虑其流动特性。由于对大多数粒子来说e 。，和中。是未知的， 这就为e r g u n 公式的推广使用带来了局限性。1 9 6 6 年，w e n 和y u经 过多次实验发现实验的大部分粒子，其 丽1 洲丽i - - ：m f 1 l ( 1 4 ) + 。e 斋；斋 、。 他们将上述式子代入e r g u n 公式，得到了能够方便运用的式子| 1 3 】： u 。：也型唑塑型到 m5)d s p j 、 对于r e 1 0 0 0 俩种情况，分别得到： 丕鲨叁竺塑! ：笙壅 堡：垦墨l 堡生一 b 区f 4 0 d 。 5 0 0 p m ，1 4 0 0 p 。一p 。 1 0 8 , u u 。= 7 8 ，灵活 性较差，而对于a r l 的粒子，u um f = 6 4 9 2 。灵活性较好【1 3 1 。 临界气速的影响因素很多，主要包括粒子特性( 形状、密度、粒径及粒径 分布等) 、气体特性( 粘度、密度等) 及操作条件( 温度、压力、流化床流化 段的高径比等) 。临界气速大多采用实验方法来确定，在难以用实验方法确定 的情况下，可以采用e r g u n 1 3 1 公式来估算。 叁= 1 5 0 嘉+ ：等r e m ，( 1 - 2 ) 3 r e 。f 玉巾： 咖：m f “ a r ：丛掣 r c 。，一d s l g g u m f ( 1 3 ) 公式右边第一项反映了流化床内粘度特性对u 。，影响，对于r e 1 0 0 0 ( 大颗粒、高流速的情况) 可略去第一项，只考虑其流动特性。由于对大多数粒子来说e 。，和中。是未知的， 这就为e r g u n 公式的推广使用带来了局限性。1 9 6 6 年，w e n 和y u经 过多次实验发现实验的大部分粒子，其 丽1 洲丽i - - ：m f 1 l ( 1 4 ) + 。e 斋；斋 、。 他们将上述式子代入e r g u n 公式，得到了能够方便运用的式子| 1 3 】： u 。：也型唑塑型到 m5)d s p j 、 对于r e 1 0 0 0 俩种情况，分别得到： 墨婆叁兰竺! 堡兰 u 。：毪 ：! ! 鱼 旦! 星 “ 2 4 5 p 2 第尊文献综述 r e 1 0 0 0 ( 1 7 ) 这两个公式形式简单，其误差在3 4 内，在工程设计上得到了广泛的应用。 i ：面这些公式都是在常温、常压下得出的，后来的研究者又研究了温度、 胍j 、粒径分布【1 6 儿1 7 1 对临界气速的影响，提出了修正公式，并且得到了上述公 式只对粒径分布较窄、球型度较大的颗粒应用较好的结论。 流化床的终端气速由下列公式f 1 3 1 进行确定： u =匦匝 1 3 c 。p g c o = c w c d( 1 - 8 ) d j d t o 1 c w = ( 1 一d j d t ) 一0 1 2 5 lr e 2 c d = 2 4 r e 2 r e = 2 5 0 0 c d = 1 8 5 1 r e o 6 3r e = 5 0 0 15 0 0 0 0 c d = 0 4 4 对于非球形颗粒，应加入球形度中进行校正。 上述公式中：a r 一阿基米德准数 c d l 、c ”c 旷系数 d 。一粒子直径，md b e d 一床层直径，m 中广球形度 g 一重力加速度，m s 2 r e 一雷诺准数 u 。f _ 叫临界流化速度，k g m 2 s u 广终端流化速度，k g m 2 s p 。一固体密度，k g m 3 p 口一气体密度，k g m 3。厂临界空隙率 u 一粘度p a s 1 1 3 鼓泡理论简介 鼓泡理论是指当气体流速大于俩倍的临界流速时，就满足了剧烈鼓泡的条 件，在这种情况下，整个床层可以看作由两相组成，气泡相和乳化相，气体 在这两相间进行交换。气泡相中基本没有固体( 0 0 0 1 00 1 的体积百分率) ， 墨婆叁兰竺! 堡兰 u 。：毪 ：! ! 鱼 旦! 星 “ 2 4 5 p 2 第尊文献综述 r e 1 0 0 0 ( 1 7 ) 这两个公式形式简单，其误差在3 4 内，在工程设计上得到了广泛的应用。 i ：面这些公式都是在常温、常压下得出的，后来的研究者又研究了温度、 胍j 、粒径分布【1 6 儿1 7 1 对临界气速的影响，提出了修正公式，并且得到了上述公 式只对粒径分布较窄、球型度较大的颗粒应用较好的结论。 流化床的终端气速由下列公式f 1 3 1 进行确定： u =匦匝 1 3 c 。p g c o = c w c d( 1 - 8 ) d j d t o 1 c w = ( 1 一d j d t ) 一0 1 2 5 lr e 2 c d = 2 4 r e 2 r e = 2 5 0 0 c d = 1 8 5 1 r e o 6 3r e = 5 0 0 15 0 0 0 0 c d = 0 4 4 对于非球形颗粒，应加入球形度中进行校正。 上述公式中：a r 一阿基米德准数 c d l 、c ”c 旷系数 d 。一粒子直径，md b e d 一床层直径，m 中广球形度 g 一重力加速度，m s 2 r e 一雷诺准数 u 。f _ 叫临界流化速度，k g m 2 s u 广终端流化速度，k g m 2 s p 。一固体密度，k g m 3 p 口一气体密度，k g m 3。厂临界空隙率 u 一粘度p a s 1 1 3 鼓泡理论简介 鼓泡理论是指当气体流速大于俩倍的临界流速时，就满足了剧烈鼓泡的条 件，在这种情况下，整个床层可以看作由两相组成，气泡相和乳化相，气体 在这两相间进行交换。气泡相中基本没有固体( 0 0 0 1 00 1 的体积百分率) ， 墨堡叁堂塑! 堡兰 釜：翌皇丛墨l 堡一一 气泡被迅速运动着的气泡晕和尾涡所包围。在整个床层内部，气泡的尺寸是 均匀一致的，而乳化相则处在临界流化状态下。气泡的尾涡约占气泡体积的 3 0 ，固体在上升气泡的尾涡中被带上，带到床层表面的颗粒落回床内，形 成固体颗粒的循环，尾涡的空隙度等于乳化相的空隙度。乳化相模型：出于 气泡的向上运动以及对气体、固体的央带，造成床层中其余固体的向下运动， 当密相区向下移动达到一定速率时，则有r 叮能引起乳化相中的气体从床顶向 床底流动。因此可能发生气体及固体的逆流流动，造成气体的返混现象。其 中气泡尺寸是决定床内传热、传质的一个关键因素。 气泡相和乳化相中气固分靠的不均匀性造成气体和固体的强烈混合，热量 和质量的传第过程主要集中在乳化相，气泡在上升过程中与乳化相之帕j 存在着 热、质交换，交换量与气泡运动速率和气泡大小有关。气速增大，一般有利于 传质和传热，但气泡运动速度增大到一定程度后，气泡内气体来不及与乳化柏 进行交换( 因为乳化相内气速、气量并不增加或增加很少) ，因此高气速又有 可能抑制床内的热、质传递。 1 2 现代干燥的基本理论1 1 8 1 。j 2 0 】： 固体或液体干燥是运用热物理方法除去物料种湿分的过程。l e w i s ( 1 9 2 1 年) 发表的论文认为“固体干燥必定包含两个独立的过程：首先是固体表面水 分的蒸发，第二是固体内部水分扩散到固体表面。”这就奠定了固体干燥的两 个控制阶段的理论，即表面汽化控制阶段( 恒速干燥阶段) 和内部扩散阻力控 制阶段( 降速干燥阶段) ，除去用实验方法区分这两个阶段外，还可以用b j 准 数来区分4 1 l ： b i ：訾总篓氅翟i ( 1 - 9 )d l l表面汽化控制 式中：d 一水在粒子中的扩散系数，m 2 i s d 口- 一水在空气中的扩散系数，m 2 s k 传质系数，m s m 平衡曲线的斜度 k ：一0 7 6 5 r e 。s 2 + 0 厂3 6 5 r e - 。3 s 6 v e s c 3 r s - 一球体半径，m 5 墨堡叁堂塑! 堡兰 釜：翌皇丛墨l 堡一一 气泡被迅速运动着的气泡晕和尾涡所包围。在整个床层内部，气泡的尺寸是 均匀一致的，而乳化相则处在临界流化状态下。气泡的尾涡约占气泡体积的 3 0 ，固体在上升气泡的尾涡中被带上，带到床层表面的颗粒落回床内，形 成固体颗粒的循环，尾涡的空隙度等于乳化相的空隙度。乳化相模型：出于 气泡的向上运动以及对气体、固体的央带，造成床层中其余固体的向下运动， 当密相区向下移动达到一定速率时，则有r 叮能引起乳化相中的气体从床顶向 床底流动。因此可能发生气体及固体的逆流流动，造成气体的返混现象。其 中气泡尺寸是决定床内传热、传质的一个关键因素。 气泡相和乳化相中气固分靠的不均匀性造成气体和固体的强烈混合，热量 和质量的传第过程主要集中在乳化相，气泡在上升过程中与乳化相之帕j 存在着 热、质交换，交换量与气泡运动速率和气泡大小有关。气速增大，一般有利于 传质和传热，但气泡运动速度增大到一定程度后，气泡内气体来不及与乳化柏 进行交换( 因为乳化相内气速、气量并不增加或增加很少) ，因此高气速又有 可能抑制床内的热、质传递。 1 2 现代干燥的基本理论1 1 8 1 。j 2 0 】： 固体或液体干燥是运用热物理方法除去物料种湿分的过程。l e w i s ( 1 9 2 1 年) 发表的论文认为“固体干燥必定包含两个独立的过程：首先是固体表面水 分的蒸发，第二是固体内部水分扩散到固体表面。”这就奠定了固体干燥的两 个控制阶段的理论，即表面汽化控制阶段( 恒速干燥阶段) 和内部扩散阻力控 制阶段( 降速干燥阶段) ，除去用实验方法区分这两个阶段外，还可以用b j 准 数来区分4 1 l ： b i ：訾总篓氅翟i ( 1 - 9 )d l l表面汽化控制 式中：d 一水在粒子中的扩散系数，m 2 i s d 口- 一水在空气中的扩散系数，m 2 s k 传质系数，m s m 平衡曲线的斜度 k ：一0 7 6 5 r e 。s 2 + 0 厂3 6 5 r e - 。3 s 6 v e s c 3 r s - 一球体半径，m 5 天津人学烦l j 论义 第一- 帝义献综述 r e 一雷诺准数，r e = p g p v d 业 s r 斯密特准数， s c2 毒 l l pu v 一表观气速，m s 从六十年代后期以来，对于干燥理论的研究，大多集中于毛细管多孔体中 传热和传质的理论模型：即扩散理论、毛细管理论和蒸发与冷凝理论。水分移 动机理主要有以下几个： i 、由于浓度梯度的存在引起的液体扩散； 2 、由毛细管作用引起的液体移动； 3 、由于蒸汽分压梯度( 温度梯度) 的存在而引起的蒸汽扩散； 4 、物料内部空气中充填的小孔中有水汽的扩散； 5 、由收缩和压力梯度引起的流动； 6 、由于气化与冷凝过程产生的流动。 1 2 1 液体扩散理论： 誊= v ( d ) ( i - i o ) 式中d r 水分在粒子中的有效扩散系数，m 2 ，s d o = 。e x - - 而e ) c 一固体的干基湿含量，k g k g 该模型认为固体中的水分是以费克尔扩散定律向外传递的，该模型可用于 粘土、淀粉、面粉、织物、纸、木柴，以及肥皂、明胶、胶质物及浆糊等。 1 2 2 毛细管理论： j l = 一k h v 、i ， ( 1 - 1 1 ) 在等温的情况下，毛细管势常假定为正比例于水的浓度梯度，于是上式变为 j l = 一k p ，v cf 1 - 1 2 ) 式中k 一一不饱和的水力传导性 k w2 若骂器f r 2 f ( r 皿 v 一毛细管势 “r ) 半径为r 的小孔分布曲线 ”一动力粘度 r o 和r ，一毛细管半径的最小与最大值 0 一表面张力 天津人学烦l j 论义 第一- 帝义献综述 r e 一雷诺准数，r e = p g p v d 业 s r 斯密特准数， s c2 毒 l l pu v 一表观气速，m s 从六十年代后期以来，对于干燥理论的研究，大多集中于毛细管多孔体中 传热和传质的理论模型：即扩散理论、毛细管理论和蒸发与冷凝理论。水分移 动机理主要有以下几个： i 、由于浓度梯度的存在引起的液体扩散； 2 、由毛细管作用引起的液体移动； 3 、由于蒸汽分压梯度( 温度梯度) 的存在而引起的蒸汽扩散； 4 、物料内部空气中充填的小孔中有水汽的扩散； 5 、由收缩和压力梯度引起的流动； 6 、由于气化与冷凝过程产生的流动。 1 2 1 液体扩散理论： 誊= v ( d ) ( i - i o ) 式中d r 水分在粒子中的有效扩散系数，m 2 ，s d o = 。e x - - 而e ) c 一固体的干基湿含量，k g k g 该模型认为固体中的水分是以费克尔扩散定律向外传递的，该模型可用于 粘土、淀粉、面粉、织物、纸、木柴，以及肥皂、明胶、胶质物及浆糊等。 1 2 2 毛细管理论： j l = 一k h v 、i ， ( 1 - 1 1 ) 在等温的情况下，毛细管势常假定为正比例于水的浓度梯度，于是上式变为 j l = 一k p ，v cf 1 - 1 2 ) 式中k 一一不饱和的水力传导性 k w2 若骂器f r 2 f ( r 皿 v 一毛细管势 “r ) 半径为r 的小孔分布曲线 ”一动力粘度 r o 和r ，一毛细管半径的最小与最大值 0 一表面张力 天津人学烦l j 论义 第一- 帝义献综述 r e 一雷诺准数，r e = p g p v d 业 s r 斯密特准数， s c2 毒 l l pu v 一表观气速，m s 从六十年代后期以来，对于干燥理论的研究，大多集中于毛细管多孔体中 传热和传质的理论模型：即扩散理论、毛细管理论和蒸发与冷凝理论。水分移 动机理主要有以下几个： i 、由于浓度梯度的存在引起的液体扩散； 2 、由毛细管作用引起的液体移动； 3 、由于蒸汽分压梯度( 温度梯度) 的存在而引起的蒸汽扩散； 4 、物料内部空气中充填的小孔中有水汽的扩散； 5 、由收缩和压力梯度引起的流动； 6 、由于气化与冷凝过程产生的流动。 1 2 1 液体扩散理论： 誊= v ( d ) ( i - i o ) 式中d r 水分在粒子中的有效扩散系数，m 2 ，s d o = 。e x - - 而e ) c 一固体的干基湿含量，k g k g 该模型认为固体中的水分是以费克尔扩散定律向外传递的，该模型可用于 粘土、淀粉、面粉、织物、纸、木柴，以及肥皂、明胶、胶质物及浆糊等。 1 2 2 毛细管理论： j l = 一k h v 、i ， ( 1 - 1 1 ) 在等温的情况下，毛细管势常假定为正比例于水的浓度梯度，于是上式变为 j l = 一k p ，v cf 1 - 1 2 ) 式中k 一一不饱和的水力传导性 k w2 若骂器f r 2 f ( r 皿 v 一毛细管势 “r ) 半径为r 的小孔分布曲线 ”一动力粘度 r o 和r ，一毛细管半径的最小与最大值 0 一表面张力 墨堡叁堂塑! ：堡兰 一一一笙二! l 二生生兰l 堕二一 该模型可用于纤维织物、纸张、皮革以及细粉未状和粒状固体，如油漆 颜料、矿物、粒土和沙等。另外，食品f 燥的第一阶段也是受毛细管作用控制 的。 1 2 3 蒸发与冷凝理论： 这一理论假定热和质同时扩散，并假定内部的空洞是连续的绸装结构。 它将扩散系数看成是常数，则固体中的蒸汽量是与蒸汽浓度和温度成直线关系 的。 ( 1 ) 物质平衡： 由扩散进入单元的蒸汽量等于空气中增加的水分加上固体中增加的水分： k v v 2 m 。3 m a v v + d 一仪1 ) 。警 ( 1 - 1 3 ) ( 2 ) 能量平衡： 固体骨架热含量的增加等于由传导进入的热量加上固体脱吸( 或吸收) 水 分放出的热量。 毗百0 t = k r v2 t - l v 警( 1 - 1 4 ) c 。一固体骨架的比热k v _ 蒸气扩散系数 k 一传热系数l v 一每克水汽被固体脱吸( 或吸收) 所放出的热 m 、i 一空洞内蒸气浓度 卜时间 a 空洞中空气的体积分数 p 。一固体骨架的密度一考虑到扩散路径弯曲程度的因素 以上二式联合起来就是h e n r y 的干燥数学模型。这就把干燥中同时存在的 传热和传质理论向前发展了一步。在此模型中蒸发与冷凝理论是假设多孔系 统中的许多相，在连续的绸状空问中分布是如此的细微，以致该系统可以看作 类似于单相系数。所以只要温度梯度存在，向着干燥表面必产生蒸汽压梯度， 水分可以有蒸汽扩散经过固体骨架到达表面散入大气中，该理论可用于任何固 体的干燥，只要固体的一面在加热，则另一面必在干燥。 1 2 4l u i k o v 理论： l u i k o v 发现水分扩散现象，并建立了温度梯度也是物料中水分传递因素的 概念。他认为毛细管多孔体中，内部热和质的传递，可由蒸汽扩散和液体扩 墨堡叁堂塑! ：堡兰 一一一笙二! l 二生生兰l 堕二一 该模型可用于纤维织物、纸张、皮革以及细粉未状和粒状固体，如油漆 颜料、矿物、粒土和沙等。另外，食品f 燥的第一阶段也是受毛细管作用控制 的。 1 2 3 蒸发与冷凝理论： 这一理论假定热和质同时扩散，并假定内部的空洞是连续的绸装结构。 它将扩散系数看成是常数，则固体中的蒸汽量是与蒸汽浓度和温度成直线关系 的。 ( 1 ) 物质平衡： 由扩散进入单元的蒸汽量等于空气中增加的水分加上固体中增加的水分： k v v 2 m 。3 m a v v + d 一仪1 ) 。警 ( 1 - 1 3 ) ( 2 ) 能量平衡： 固体骨架热含量的增加等于由传导进入的热量加上固体脱吸( 或吸收) 水 分放出的热量。 毗百0 t = k r v2 t - l v 警( 1 - 1 4 ) c 。一固体骨架的比热k v _ 蒸气扩散系数 k 一传热系数l v 一每克水汽被固体脱吸( 或吸收) 所放出的热 m 、i 一空洞内蒸气浓度 卜时间 a 空洞中空气的体积分数 p 。一固体骨架的密度一考虑到扩散路径弯曲程度的因素 以上二式联合起来就是h e n r y 的干燥数学模型。这就把干燥中同时存在的 传热和传质理论向前发展了一步。在此模型中蒸发与冷凝理论是假设多孔系 统中的许多相，在连续的绸状空问中分布是如此的细微，以致该系统可以看作 类似于单相系数。所以只要温度梯度存在，向着干燥表面必产生蒸汽压梯度， 水分可以有蒸汽扩散经过固体骨架到达表面散入大气中，该理论可用于任何固 体的干燥，只要固体的一面在加热，则另一面必在干燥。 1 2 4l u i k o v 理论： l u i k o v 发现水分扩散现象，并建立了温度梯度也是物料中水分传递因素的 概念。他认为毛细管多孔体中，内部热和质的传递，可由蒸汽扩散和液体扩 墨堡叁堂塑! ：堡兰 一一一笙二! l 二生生兰l 堕二一 该模型可用于纤维织物、纸张、皮革以及细粉未状和粒状固体，如油漆 颜料、矿物、粒土和沙等。另外，食品f 燥的第一阶段也是受毛细管作用控制 的。 1 2 3 蒸发与冷凝理论： 这一理论假定热和质同时扩散，并假定内部的空洞是连续的绸装结构。 它将扩散系数看成是常数，则固体中的蒸汽量是与蒸汽浓度和温度成直线关系 的。 ( 1 ) 物质平衡： 由扩散进入单元的蒸汽量等于空气中增加的水分加上固体中增加的水分： k v v 2 m 。3 m a v v + d 一仪1 ) 。警 ( 1 - 1 3 ) ( 2 ) 能量平衡： 固体骨架热含量的增加等于由传导进入的热量加上固体脱吸( 或吸收) 水 分放出的热量。 毗百0 t = k r v2 t - l v 警( 1 - 1 4 ) c 。一固体骨架的比热k v _ 蒸气扩散系数 k 一传热系数l v 一每克水汽被固体脱吸( 或吸收) 所放出的热 m 、i 一空洞内蒸气浓度 卜时间 a 空洞中空气的体积分数 p 。一固体骨架的密度一考虑到扩散路径弯曲程度的因素 以上二式联合起来就是h e n r y 的干燥数学模型。这就把干燥中同时存在的 传热和传质理论向前发展了一步。在此模型中蒸发与冷凝理论是假设多孔系 统中的许多相，在连续的绸状空问中分布是如此的细微，以致该系统可以看作 类似于单相系数。所以只要温度梯度存在，向着干燥表面必产生蒸汽压梯度， 水分可以有蒸汽扩散经过固体骨架到达表面散入大气中，该理论可用于任何固 体的干燥，只要固体的一面在加热，则另一面必在干燥。 1 2 4l u i k o v 理论： l u i k o v 发现水分扩散现象，并建立了温度梯度也是物料中水分传递因素的 概念。他认为毛细管多孔体中，内部热和质的传递，可由蒸汽扩散和液体扩 墨望叁兰塑! ：堡兰 一一堡二里兰二坚i 墨羔! 一 散二者构成。两者均是由总浓度梯度和温度梯度引起的。即： 霎= v 【k t c + 丸v t ) 】 ( 1 1 5 ) 0 1 ： c 积警= v ( k , v t ) + l v 吨窑 式中k 。= k v + k 。= 总水分扩散系数 ( 1 1 6 ) 九：墨坚二垦迎：热梯度系数 凡= 一= 豫 1 印，殳刀i 葛x k l4 - k v l 、，= h r h 。= 汽化潜热 该理论适用于食品和谷物的干燥。l i um i n gz h o u 2 2 1 等于1 9 9 4 年利用实 验方法测定温度梯度对传质和浓度梯度对传热的影响，他们通过对土豆、面包 和面包圈三种不同的物料的测定，温度梯度对于低密度、高孔隙率的物质的传 质影响较大，而对高密度、低孔隙率的物质影响较小，甚至可以忽略。湿度梯 度对传热的影响很小，至少对他们实验的三种物料而占，这种影响可以忽略不 汁。通过实验，他们还发现，在固体含湿量较低的情况下，扩散系数随含湿量 增加而增大，但在高含湿量情况下，扩散系数保持常数。 1 3 流化床干燥的影响因素和研究现状： 影响流化床干燥效果的因素很多1 7 1 ”1 ，主要包括粒子特性、设备特性和操 作条件。总的来说，干燥介质的温度对干燥速率的影响较大，尤其是对恒速j 二 燥阶段，提高温度，恒速阶段的干燥速率提高很大，降速阶段的干燥速率提高 较小：这是因为提高干燥介质的温度，增大了气固间的温差，增加了传热动力， 加大了外部传质系数，而颗粒的内部传质受它自身的结构影响较大。同样，增 加气速，减少了外部扩散的传质阻力，因而对恒速干燥速率提高较多，而对降 速阶段的干燥速率影响甚微。固体颗粒初始湿含量的增加，对恒速干燥速率影 响不大，但降低了降速阶段的干燥速率。增加床内的固体载荷降低了恒速干燥 速率，而对降速段影响较小。固体颗粒的临界湿含量随干燥介质的温度和流速 的加大而升高，随固体颗粒的初始湿含量和床层载固量的减少而升高。在一 定孔隙率下，分布板进气孔少时，床层比均匀性显著，形成的气泡较大，流化 效果差，传热、传质效率低：进气孔小而密时，床层密度较均匀，气泡小而多， 墨望叁兰塑! ：堡兰 一一堡二里兰二坚i 墨羔! 一 散二者构成。两者均是由总浓度梯度和温度梯度引起的。即： 霎= v 【k t c + 丸v t ) 】 ( 1 1 5 ) 0 1 ： c 积警= v ( k , v t ) + l v 吨窑 式中k 。= k v + k 。= 总水分扩散系数 ( 1 1 6 ) 九：墨坚二垦迎：热梯度系数 凡= 一= 豫 1 印，殳刀i 葛x k l4 - k v l 、，= h r h 。= 汽化潜热 该理论适用于食品和谷物的干燥。l i um i n gz h o u 2 2 1 等于1 9 9 4 年利用实 验方法测定温度梯度对传质和浓度梯度对传热的影响，他们通过对土豆、面包 和面包圈三种不同的物料的测定，温度梯度对于低密度、高孔隙率的物质的传 质影响较大，而对高密度、低孔隙率的物质影响较小，甚至可以忽略。湿度梯 度对传热的影响很小，至少对他们实验的三种物料而占，这种影响可以忽略不 汁。通过实验，他们还发现，在固体含湿量较低的情况下，扩散系数随含湿量 增加而增大，但在高含湿量情况下，扩散系数保持常数。 1 3 流化床干燥的影响因素和研究现状： 影响流化床干燥效果的因素很多1 7 1 ”1 ，主要包括粒子特性、设备特性和操 作条件。总的来说，干燥介质的温度对干燥速率的影响较大，尤其是对恒速j 二 燥阶段，提高温度，恒速阶段的干燥速率提高很大，降速阶段的干燥速率提高 较小：这是因为提高干燥介质的温度，增大了气固间的温差，增加了传热动力， 加大了外部传质系数，而颗粒的内部传质受它自身的结构影响较大。同样，增 加气速，减少了外部扩散的传质阻力，因而对恒速干燥速率提高较多，而对降 速阶段的干燥速率影响甚微。固体颗粒初始湿含量的增加，对恒速干燥速率影 响不大，但降低了降速阶段的干燥速率。增加床内的固体载荷降低了恒速干燥 速率，而对降速段影响较小。固体颗粒的临界湿含量随干燥介质的温度和流速 的加大而升高，随固体颗粒的初始湿含量和床层载固量的减少而升高。在一 定孔隙率下，分布板进气孔少时，床层比均匀性显著，形成的气泡较大，流化 效果差，传热、传质效率低：进气孔小而密时，床层密度较均匀，气泡小而多， 丕堡叁兰堡! ：堡兰 笙二皇兰二坚墨型i 一 气固相接触较为充分，传热、传质效率低，但这种情况压降较高。若既要求有 良好的传热、传质，又要求压降不要太高，可以采用小孔不均匀分布的气体分 布板1 1 3 】，但这需要非常精心的设计，这无疑给设计工作增加了不少难度。叔斯 特等发现m 1 ，在二 ：业上，一般筛板的转化率要比精制分布板( 密孔板或素烧板) 低3 0 片右，但当床高超过1 5 英尺时，这种不良影响就会消失。所以对于薄 床层的干燥，尤其要注意分布板的设计与选择。 在文献中关于流化床干燥的数学模型很多，在鼓泡理论用于流化床干燥以 | j 1 ，大多数学模型是基于总的物质平衡和能量平衡来考虑，这些模型一般不 考虑气固间的接触状况，仅用传热、传质的基本理论来处理干燥问题，虽然这 些公式在设计中仍被广泛采用，但已有实验证实，干燥过程发生的传热与单纯 的传热相比，其传热效果变