湿物料的比热容

1、湿物料的比热容湿物料的比热容c物(Jkg-1 K-1),通常以物料干物质比热容 c干物与水的比热容c水之间的平均值(取水的比热容为4.19kJ kg-i -K-1) 来表示： TOC o 1-5 h z c物=皿些茶4堕(4-6)或。物二。干物+堂斋业W(4-7)如果把湿物料的比热容认为是1kg干物质，则获得对比比热容。物(E侦-1)：(4-8)式中W物料的湿含量，。式4-7、式4-8常用于干燥器的计算。一般食品干物质比热容范 围为12551676J kg-iK-1。如大麦芽1210，马铃薯1420，胡萝 卜1300,面包15501670，砂糖10401170Jkg-iK-1。物料比 热容与其

2、湿含量(W)之间通常具有线性关系，如20C，天然淀粉 的比热容：IC淀=1215 + 29.7W(4-9)而糊化淀粉:c 糊淀= 1230 + 29.5W (J-kgl-K 1)(4-10)随着温度的提高，湿物料的比热容一般也提高。如糖和马铃薯干物 5-捉6。，3.5勇侦也5)4 1L)质比热c 干马= 1101 + 3.14，(J-kg-K-1)(4-12)容与温度 的关系式为:湿物料的导热系数湿物料的传热与干物料的传热本质区别在于：由于在固体间架的孔隙中存在水，而对固体间架的热导率有影 响；热的传递与物料内部水的直接迁移密切相连。热量可以通过内含气体和液体的孔隙以对流方式传递，也能靠孔 隙

3、壁与壁间的辐射作用传递，故有真正导热系数和当量导热系数之 分。真正导热系数入(W m K-i)是傅里叶方程中的比例系数：q = - X VQ(4-13)式中q各向同性固体中的热流密度，Wm-2；/Q温度 梯度，K m-i。当量导热系数，也称有效导热系数人当，表示湿物料以上述各种 方式传递热量的能力：人当=义固+人传+ A对+人迁+人辐(4-14)式中入固物料固体间架的导热系数，W m-1 K-1；人传物料孔隙中稳定状态存在的液体和蒸汽混合物的热传导系数，W m-i K-i；人对靠物料内部空气对流的传热系数，W m-2 K-i；人迁靠物料内部水分质量迁移产生的传热系数，W -m-2 K-i；人辐

4、辐射导热系数，Wm-iK-i。当量导热系数人当直接受物料湿度，不同物料的结合方式，物料 孔隙直径d和孔隙率（或物料密度p）等因素影响。当物料湿度W 很小时，体系主要由空气孔和固体间架组成，随W的增加，人当直线 增加。且颗粒越大，它的增长速度越大；当物料湿度W很大时，水 充满所有粒中间孔隙，并使其饱和，人当的增加逐渐停止（对大颗粒）； 或者仍在直线增长（中等分散物料）；或者其速度明显增加（小颗粒 物料）。物料的密度越大，人当越高；孔隙越大，人当越大；组成粒状物 料间架的颗粒越大，人当越大。一般认为，当孔的直径5mm和温度梯度相当于10C时，对流 热交换忽略不计（即人对R0）;当孔隙的直径0.5m

5、m，辐射热交换与 热传导相比也可忽略不计（即人辐R0）实际上，影响物料人当的主要 因素是物料固体间架的导热系数人固和水分的导热系数人水以及物料的 孔隙率，可以用下列简单式计算物料当量导热系数人:当久当=（1 _ r）A固+以.水（415）式中r物料的孔隙率，r=V孔/（V孔十V固）X100%；入水水分的导热系数（0.58Wm-i K-i），当孔隙中充满的是 空气，则用人空=0.0232W m-i K-1代替人水；人固物料固体间架的导热系数，食品的人固比无机材料少得多， 例如面包固体间架的人固为0.ii6W m-i K-i；V孔、V固孔隙和固体间架的体积，m3。面包瓢（W=45% ）的人=0.2

6、48W m-i K-i，面包皮（W=0） 的人=0.056W m-i K-1；小麦（W=17% ）的 住0.116W m-1 K-i, 即食品的导热系数人都少于水的导热系数。因此，在干燥过程，随着 食品的湿度降低，空气代替水进入物料的孔隙中，空气的热导率比液 体的热导率小得多，故物料的热导率将不断下降。湿物料的导热系数人与温度的关系也和干物料一样：随着温度的 提高，人值增加。气体的导热系数也会随压力增加而增加，故压力也 会影响到物料的导热系数。（3）湿物料的温度传导系数温度传导系数a是决定物料热惯性的重要特性参数；a越高，物 料加热或冷却进行得更快。a = （4T6）cp式中人物料的导热系数，

7、Wm-1 K-1； c比热容，Jkg-1 K-1； p 密度，t m-3。cp的乘积是单位体积物料的热容量，它表示蓄热能力的特性。c p越大，在同样人值下系数a越小，即蓄热能力大的物料加热慢，冷 却也慢。影响导热系数人和比热容c的因素都会改变温度传导系数。（二）含湿气体热干燥过程是物料中的水分变成蒸汽状态后再排到外部周围介 质中，通常这种介质（工作体）是气体与湿空气或空气与燃料燃烧产 物的混合物。空气经预热或与烟道气混合，使其具有很高的温度，因 此它能向物体提供蒸发水分所必须的能量。可见，空气既是热载体， 又是吸湿剂，或称为干燥剂。实际上，供给干燥的热空气都是干空气（即绝干空气）同水蒸气 的混

8、合物，常称为含湿空气（含湿气体）。湿空气对水蒸气的吸收能 力（吸湿能力）是由湿空气的状态特性决定的，属于这些特性参数的 有湿空气的压力、绝对湿度、相对湿度、湿含量、密度、比热容、温 度和热焓等。从热力学观点看，干燥是一个自然的不可逆过程。水分 由湿物料转移到干燥剂（湿空气）中，因为物料表面上的蒸汽压高于 周围介质的蒸汽分压，随着时间的延续，湿物料同周围介质的相互作 用达到动力学平衡状态。最后，物料上的蒸汽分压等于周围介质的蒸 汽分压，物料与气体间的湿交换进行得越缓慢，湿物料-气体体系愈 接近平衡状态。干物料在储藏过程，则可以出现相反的过程，从周围 介质中吸附水蒸汽使物料吸湿。0 111-0.2

9、00.400.600 80水分活性数可以从湿空气的焓-湿图等查得。湿空气的状态特性在干燥过程不断变化，根据这 种变化的特点实现不同过程的结果。因此，研究含湿 气体参数及探讨其在干燥过程的状态变化，掌握物料 湿热平衡状态参数，按水分与物料结合形式来选择干 燥条件和干物质储藏条件极为重要。湿空气的状态参图4-2鸡肉在不同温度下的吸附与解吸等温线吸附等温线 解吸等温线一套完整的蒸汽管路系统应具备下列功能：具有供应制粒机最高产量 的蒸汽量，则需足够容量的锅炉、管道尺寸和控制阀等保证；分离并 排出蒸汽中冷凝水（汽一水分离器、疏水阀和放水阀等）；蒸汽压力 要稳定，并根据配方不同可以调节汽缸和减压阀。在完好

10、的蒸汽管路中，通过分汽缸和疏水阀等的作用，可将冷凝水和悬 浮物在蒸汽输出分汽缸前收集并流回锅炉或排到机外。合理选用蒸汽管路直径非常重要。应根据蒸汽输送量、蒸汽压力和输送 速度来选用管路直径。减压阀下游蒸汽速度一般为18m/s，根据制粒机 的最大产量及蒸汽添加量（产量的百分比）来计算蒸汽用量，从而可确 定减压阀下游的管道直径。蒸汽管道直径的选用见表5-9。减压阀是整个蒸汽管路中的重要附件，必须正确选择产量相适、性能稳 定、出口压力波动小、性能可靠的减压阀，否则将直接影响颗粒饲料的 产量和质量。过滤器（内置40200目滤网）的作用是除去蒸汽中的悬 浮物和固体杂质，一般安装在分汽缸上方，为了防止过滤

11、 表 5-9 蒸汽系统管路直径的选择压力bar*速度 m/s蒸汽量，kg/h40mjn50nun65mmSOiiunlOOunn125mm151001822804107151125225162295428656121517554027547574510101895292515127245385535925150532522542563291015802480403575951025146025404050151562814326351166168542527045074210801980292540456796124718253120494015187352526770129521055253

12、085488851265211035404049585513501890351054001522542563292515552525625370638106515202530425040595102516202270421064751526044570595218152765725450785121517503025481540690121018652520458575601528547580011251990302582546581012601870324052204073013702065312051358395* lbar = 105Pa=1.01972kgf/cmE器中积聚凝结水造成水

13、滴和减少过滤面积，当内径大于25mm时过滤器 应水平安装。汽一水分离器的主要作用是使蒸汽和水分离，并将分离出 的水滴沿倾斜的管壁聚集后由一专门排水口排出，因而确保设备所使用 的蒸汽的干燥性，并可延长设备及其它控制阀的使用寿命。安全阀是确 保设备的使用压力在规定的安全范围内。在减压系统中，当减压阀上游 压力高于设备运行的额定压力时，必须安装安全阀。安全阀选型应保持 在设定压力下能通过减压阀所能流过的最大流量。饱和水蒸汽的性质在饲料调质蒸汽系统中，减压阀前的蒸汽压力一般在0.60.8MPa，减 压后一般在0.20.4 MPa，当压力过低时，在固定的时间内达不到调质 要求的蒸汽量。压力过高容易造成物

14、料温度过高、水分低，某些营养物 质易损失和颗粒质量变坏。饱和蒸汽又称为纯蒸汽或干蒸汽，其主要特 性见表5-10。表5-10饱和蒸汽的特性GP337绝对压力 /KPa温度蒸汽比体积/ (m3/Kg)蒸汽密度/ (Kg/m3)焙(Kj/Kg)汽化热/ (Kj/Kg)液体蒸汽10099.61. 70.58961416.902676.32259.5200120. 20.8871.1273493.712709.22204.6300133. 30.6061.6501560.382728.52168.1400143.40.4632. 1613603.612742.12138.2500151. 70. 375

15、2.6673639.592761.42091.1600158. 70. 3163.1686670.222761.42091.1700164. 70. 2733.6657696.572767.82071. 5800170.40. 2404.1614720.962773.72052. 7、蒸汽纯度蒸汽的纯度指湿蒸汽中实际所含干蒸汽量占湿蒸汽总量的百分数，即当 蒸汽中不含有未汽化的水滴时，蒸汽的纯度为100%，如把纯度为100% 的蒸汽1Kg，在0.7 MPa的压力下输送，热量损失为207.2/2071.5 = 0. 1(Kg )的蒸汽冷凝为水滴，即输送后蒸汽纯度为(1-0.1 ) x100% =

16、90%。 如果按热量计算，蒸汽纯度即为输送后每千克蒸汽的汽化潜热与该条件 下饱和蒸汽的汽化潜热之百分比。在制粒机进行水热调质时，希望采用 干蒸汽或过热蒸汽与物料接触，以加强调质效果。例：用0.7MPa的绝对压力的蒸汽给制粒机供汽，其纯度为90%，试计 算在制粒机的调质器中蒸汽的纯度。解：在管道中蒸汽的总热能q = hw +pxhg式中：hw蒸汽中水的热量，0. 7MPa蒸汽中水的热量为696. 6KJ/Kg p-蒸汽纯度，按90%计算hg-汽化热，0. 7MPa蒸汽的汽化热为2071.5KJ/Kg. q = 696. 6 + 0. 9x2 071. 5 = 25 61(KJ/Kg)、蒸汽添加量的估算根据加热物料所需热量及蒸汽状态，可以计算出需要的蒸汽量，并进一步 选择所需锅炉的规格，见下例.例：设制粒机生产能力为10t/h,调质使粉料从15 C升温到70 C,锅炉供应 蒸汽压力(绝对)0. 5MPa纯度为90%,求所需蒸汽量(粉料比热容1. 67KJ/KgK)。解：绝对压力为0. 5MPa的干蒸汽的热焓为2752. 8 KJ/Kg,水的热焓为639.6 KJ/Kg ,汽化热为211