73干燥速率与干燥过程计算731物料在定态空气条件下的干

7.3干燥速率与干燥过程计算7.3.1物料在定态空气条件下的干燥速率1、干燥动力学实验恒定干燥条件：干燥过程中，气体状态t,φ，u保持不变。记取物料试样的含水量Xt或自由含水量X与时间τ的关系，得到干燥曲线。间歇干燥2、干燥曲线与干燥速率曲线（1）干燥曲线（Xt~τ或X~τ的关系曲线）Xt----湿物料的全部水分

X=Xt-X*-------湿物料的自由水分NA:单位时间单位面积所汽化（传递出）的水分（组分A）的量kg/(s.m2)W：汽化的水分量，kgGc:试样中绝对干燥物料的质量，kgA：试样暴露于气流中的表面积，m2X:物料的自由含水量，X=Xt-X*,kg水/kg干料Xt：物料的总含水量，kg水/kg干料干燥速率的定义：将干燥曲线转变为干燥速率曲线处理数据的方法实验所测数据：τXt或者τX(X=Xt-X*)

在两个实验点中间Xc=Xtc-X*

临界自由含水量DE：第二降速阶段，物料的全部外表面已经没有了非结合水，水分自内部向外表面扩散，然后在表面汽化。全部表面θ上升。DE段NA下降原因：①汽化表面内移，实际的干燥面积减小；②结合水的干燥,平衡蒸汽压下降；③物料内部水分的扩散速率小。3、干燥速率曲线AB：物料预热阶段BC：恒速干燥阶段，此阶段内，θ=tw，不变。CD：第一降速阶段，部分物料的外表面已经没有了非结合水。实际的汽化表面积减小了。没有了非结合水的物料表面θ上升。θNA~X或者NA~Xt的关系干燥速率曲线2种表示方法1、恒速干燥阶段表面汽化控制阶段2、降速干燥阶段内部扩散控制阶段恒定干燥条件下物料干燥过程和干燥速率小结：θ②空气湿度H减小，流速u、温度t不变，NAC增加；临界含水量Xc升高；平衡含水量X*因空气H减小而减小。③空气流速u提高，温度t、H不变，NAC加快；XC增加；X*不变。3、临界含水率Xtc影响Xtc的因素：（1）物料粒度小，Xtc小，在其它干燥条件相同，若物料分散越细，恒速阶段去除的非结合水越完全，则临界含水量XC越少；（2）NAC小，Xtc小。若恒速阶段干燥速率越快，则可能有更多的内部非结合水来不及去除，临界含水量Xc就越多。4、空气条件t、H、u对NAC、XC、X*的影响①空气温度t增加，湿度H、流速u不变，NAC增加；临界含水量XC上升；平衡含水量X*因温度t增加而减小。临界含水中包含物料内部的非结合水。第3讲：

7.3.2在定态空气条件下间歇干燥过程的计算：

恒速干燥阶段干燥速率的确定和计算方法以及影响因素，恒速干燥阶段干燥时间的计算、降速干燥阶段干燥时间的近似计算。

7.3.3连续干燥过程的一般特性

7.3.4连续干燥过程的物料衡算与热量衡算

7.3.5干燥过程的热效率

7.4干燥设备

工业常用干燥器简介第7章固体干燥（6学时）间歇干燥过程的物料衡算操作方式：间歇干燥（kg）湿物料处理量G1，湿基含水率w1,干基含水率X1。处理后物料量G2，湿基含水率w2,干基含水率X2。在干燥过程中共汽化的水分量7.3.2间歇干燥过程的计算---干燥时间7.3.2间歇干燥过程的计算---干燥时间近似直线关系1、命题方式首先明确各阶段的干燥速率定态空气条件下间歇干燥过程2、干燥时间的计算方法（1）恒速干燥阶段τ1（2）降速干燥阶段τ2或者（1）恒速干燥阶段干燥速率NAC的估算方法（3）（2）在总压100kPa下，将温度为20oC、相对湿度φ=70%的空气预热至70oC后送入间歇干燥器，空气以6m/s的流速平行流过物料表面。试估计恒速阶段的干燥速率。若空气的预热温度改为80oC,恒速干燥速率有何变化？解：（1）恒湿加热至t1=70oC,此时，H=0.0103kg/kg,查得湿球温度tw=30.3oC,查得rw=2430kJ/kg根据t=20oC,φ=70%由空气的状态图确定初始状态点。例1:恒速干燥速率的计算(2)若t1=80oC,查得此时tw=32.3oC,rw=2420kJ/kg

例1:恒速干燥速率的计算已知某物料在恒定空气条件下从自由含水量0.10kg/（kg干料）干燥至0.04kg/(kg干料）共需5h，问将此物料继续干燥至自由含水量为0.01kg/(kg干料）再需要多少时间？已知此干燥条件下物料的临界自由含水量Xc=0.08kg/（kg干料），降速阶段的速率曲线可作为通过原点的直线处理。解：（1）解得：例2:降速阶段的干燥时间（2）设从临界自由含水量Xc

干燥至X3=0.01kg/(kg干料）所需时间为τ3【7-14】现将25℃，湿度为0.01kg/kg绝干气的空气在预热器中升温至90℃后进入一干燥面积为48㎡的常压绝热干燥器，将1500kg湿物料从含水量为18％（湿基）降至1.5％（湿基）。已知物料的临界含水量XtC＝0.1kg/kg绝干料，平衡含水量X＊＝0.01kg/kg绝干料，恒定干燥条件下测得恒速阶段干燥速率为2.2kg/(㎡·h)，降速干燥阶段干燥速率与自由含水量呈直线变化。求：(1)完成上述干燥任务需消耗多少kg新鲜空气？(2)若忽略预热器的热损失，蒸汽冷凝潜热为2205kJ/kg，预热器中加热蒸汽的消耗量（kg）.(3)所需干燥时间为小时？解：（1）消耗空气量干物料量干燥过程为绝热过程，空气进出干燥器为等焓过程，即解得H2＝0.02593kg/kg绝干气原空气消耗G‘＝G（1＋H0）

＝1.587×104(1+0.01)=1.594×104kg（新鲜空气）绝干空气（2）预热器中蒸汽消耗量首先计算预热器中的热负荷量QP＝G（1.01+1.88H0）（t1-t0）=1.578×104(1.01+1.88×0.01)(90-25)=1.055×106（kJ）加热蒸汽消耗量为（3）Xt1>XtC>Xt2，干燥过程包括恒速阶段和降速阶段，总干燥时间为（3）Xt1>XtC>Xt2，干燥过程包括恒速阶段和降速阶段，总干燥时间为绝对干物料Lc(即Gc)。恒速干燥阶段的速率uc(即NAC)。7.3.3连续干燥过程的一般特性（1）沿设备长度方向，气体状态不再恒定，t↑，H↓。（2）物料的干燥过程分为预热阶段、表面汽化阶段和升温阶段。（3）若忽略热损失，表面汽化阶段:物料温度θ=tw=const,气体为绝热增湿，等焓过程。连续干燥过程的特点（以并流为例）

连续干燥器中,气流与物料的接触方式可分为并流、逆流、错流或其他复杂的形式。V——干空气的质量流量,kg/s7.3.4干燥过程的物料衡算和热量衡算热量衡算干燥器的物料衡算操作方式：连续干燥（kg/s）湿物料处理量G1，湿基含水率w1,干基含水率X1。处理后物料量G2，湿基含水率w2,干基含水率X2。入口空气的湿度H1，出口空气的湿度H2。干燥器内水分的平均汽化速率kg/s物料焓的基准态：0oC，水液态。干燥器的物料衡算干燥设计型问题的计算：（物料衡算与热量衡算相结合）规定Gc、θ1、X1(w1)、X2(w2),H1=H0，QL（可按传热的有关公式计算，一般可按设备规模假定为预热器热负荷的5%~10%）θ2由实验测出或按经验选取，选定t1。干燥过程的物料和热量衡算常遇到以下两种情况：（1）规定气体出干燥器的状态（如t2、φ2),求V、Q补；（2）规定Q补（如许多干燥器Q补=0）及气体出干燥器的状态参数之一（H2、φ2、t2

中的一个），求V及另一个气体出口参数。干燥器的热量衡算假如在干燥过程中物料汽化的水分都是在表面汽化阶段除去的,设备的热损失忽略,固体物料温度的变化忽略,Q补=0。此时干燥器内气体传给固体的热量全部用于汽化水分所需的潜热而进入气相。气体在干燥过程中的状态变化为等焓过程。称为理想干燥过程。等焓线理想干燥过程的物料衡算和热量衡算该干燥器称为理想干燥器例3:理想干燥过程的物料衡算与热量衡算在常压下将含水质量分数为5%的湿物料以1.58kg/s的速率送入干燥器，干燥产物的含水质量分数为0.5%。所用空气的温度为20oC、湿度为0.007kg/(kg干气），预热温度为127oC，废气出口温度为82oC，设为理想干燥过程，试求：

（1）空气用量V；（2）预热器的热负荷。解：实际干燥过程的物料和热量衡算若若则空气：则空气：实际干燥过程气体出干燥器的状态需由物料衡算式和热量衡算式联立求解例4:实际干燥过程中气体出口状态的计算已知某连续干燥过程的有关参数如下：物料：Gc=1.5kg/s;X1=0.0527kg/kg;X2=0.00502kg/kgθ1=21oC;θ2=66oC;cs=1.9kJ/(kg.oC)空气：t0=20oC;H0=0.007kg/kg;t1=127oC;t2=82oC试求：（1）空气用量V;（2）预热器的热负荷解：（1）热量衡算：物料衡算：未知数是H2、V两个。与上例（等焓干燥过程）比较，物料的干燥要求相同，t1、t2

也相同，但是由于有热损失以及物料带走热量，7.3.5干燥过程的热效率空气在干燥器中

放出热量的分析：干燥室预热器干燥室热量衡算：将该热量平衡式转换为另一种形式。Q2物质升温所吸热。空气在干燥器中释放出的热量（不是焓的变化量）空气在预热器中所获得的热量：有效利用：干燥室预热器式+Q3：总过程的热量衡算：热效率的定义式：但是，注意：废气出口温度不能太低，若接近于饱和，气流易在设备出口附近及管道内由于热损失而析出水滴。称为“返潮”。通常为安全起见，废气出口温度须比进干燥器气体的湿球温度高20~50oC。提高空气的预热温度t1应以物料不致在高温下受热破坏为限。由式得：例5：预热温度t1对于热效率的影响已知某实际干燥过程的有关参数如下：物料：Gc=1.5kg/s;X1=0.0527kg/kg;X2=0.00502kg/kg;空气：t0=20oC;H0=0.007kg/kg;t1=140oC;t2=82oC;试求：（1）空气用量V;（2）热效率η解：热量衡算：热量衡算：比较：例4例5预热温度热损失空气用量例6：带废气循环的干燥过程已知：新鲜空气温度16oC、湿度H0=0.0033废气温度67oC、湿度H2=0.03配合比：新鲜空气：废气=20%：80%湿物料初含水47%，最终含水5%干燥器的生产能力1500kg湿物料/h，理想干燥器。试求干燥器每小时消耗的空气量和预热器的耗