食工原理第七章物料干燥

重点：空气的焓湿图、干燥机理、干燥曲线、干燥时间的计算；难点：空气的焓湿图、干燥机理；第六章物料干燥去湿：除去物料中的水分和或其它溶剂（统称为湿分）的过程。去湿的方法：机械去湿法：即通过过滤、压榨、抽吸和离心分离等方法除去湿分。物理化学去湿法：用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸收水分。该法费用高，操作麻烦，只适用于小批量固体物料的去湿，或用于除去气体中的水分。热能去湿法：如蒸发、干燥等 用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，并将产生的蒸气排除，藉此来除去固体物料中湿分的操作，称为固体的干燥。第一节概述干燥过程的分类

按操作压力：常压干燥、真空干燥按操作方式：连续式、间歇式按传热方式：传导干燥、对流干燥、辐射干燥和介电加热干燥，以及由其中两种或三种方式组成的联合干燥。在工业上应用最普遍的是对流干燥。通常使用的干燥介质是空气，被除去的湿分是水分。空气既是载热体又是载湿体。物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程。干燥过程进行的条件：被干燥物料表面所产生水汽（或其它蒸汽）的压力大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压，压差越大，干燥过程进行越快。所以干燥介质须及时将汽化的水汽带走，以保持一定的汽化水的推动力。1水蒸气分压pv

空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高，根据气体分压定律，则有2湿度(humidity)H

又称为湿含量或绝对温度(absolutehumidity)。它以湿空气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示，使用符号Ｈ，其单位为：kg水气/kg干空气。第二节湿空气的性质及湿度图

一、湿空气的性质

常温下，湿空气可视为理想气体，则有

在饱和状态时，湿空气中水蒸气分压pv等于该空气温度下纯水的饱和蒸气压ps，则有

由于水的饱和蒸气压仅与温度有关，故湿空气的饱和湿度是温度和总压的函数，即3相对湿度

φ当pv=0时，φ=0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。当pv=ps时，φ=1，表示湿空气为饱和空气。在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压pv

与同温度下水的饱和蒸汽压pS

之比的百分数，称为相对湿度(relativehumidity)，用符号φ表示，即

相对湿度：可以说明湿空气偏离饱和空气的程度，能用于判定该湿空气能否作为干燥介质，φ值与越小，则吸湿能力越大。湿度：是湿空气含水量的绝对值，不能用于分辨湿空气的吸湿能力。在一定总压和温度下，两者之间的关系为相对湿度和绝对湿度的关系相对湿度和绝对湿度的关系4湿空气的比热CH

式中cH——湿空气的比热，kJ/(㎏绝干气·oC)；cg——绝干空气的比热，kJ/(㎏绝干气·oC)；cv——水气的比热，kJ/(㎏水气·oC)上式说明：湿空气的比热只是湿度的函数。在常压下，将湿空气中1kg绝干空气及相应Ｈkg水汽的温度升高（或降低）1oC所需要（或放出）的热量，称为比热，又称为湿热，用符号CH表示，单位是kJ/(㎏绝干气·oC)，即在常用的温度范围内，有5湿空气的焓

I湿空气中1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和，称为湿空气的焓，用符号I表示，单位是kJ/kg干空气。注：空气的焓是根据干空气及液态水在0oC时焓为零作基准而计算的，因此，对于温度为t及湿度为Ｈ的湿空气，其焓包括由0oC的水变为0oC的水汽所需的潜热及湿空气由0oC升温至toC所需的显热之和，即I=Ig+IvH

式中Ｉ——湿空气的焓，kJ/kg绝干气；

Ig——绝干空气的焓，kJ/kg绝干气；

Iv——水气的焓，kJ/kg水气。6湿湿空空气气的的比比容容vH在湿湿空空气气中中，，1kg绝干干气气体体积积和和相相应应的的Hkg水气气体体积积之之和和，，称称为为湿湿空空气气的的比比容容，，亦亦称称湿湿容容积积(humidvolume)，，用符符号号vH表示示，，单单位位为为：：m3湿空空气气/kg绝干干气气。。7露露点点td不饱饱和和的的空空气气在在湿湿含含量量ＨＨ不不变变的的情情况况下下冷冷却却，，达达到到饱饱和和状状态态时时的的温温度度，，称称为为该该湿湿空空气气的的露露点点(dewpiont),用符符号号td表示示。。当空空气气从从露露点点继继续续冷冷却却时时，，其其中中部部分分水水蒸蒸汽汽便便会会以以露露珠珠的的形形式式凝凝结结出出来来。。空空气气的的总总压压一一定定，，露露点点时时的的饱饱和和水水蒸蒸汽汽压压ps,td仅与与空空气气的的湿湿度度Hs,td有关关，，即即ps,td=f(Hs,td)或td=(Hs,td)湿度度越越大大，，td越大大。。在露露点点时时，，空空气气的的湿湿度度为为饱饱和和湿湿度度，，φ=1。8干干球球温温度度t和湿湿球球温温度度twtw补充液，温度tw空气湿度H温度t干球球温温度度t：：空气气的的温温度度湿球球温温度度tw：不饱饱和和空空气气的的湿湿球球温温度度tw低于于干干球球温温度度t。。形成成原原理理（（如如图图所所示示））：：干球球温温度度t和湿湿球球温温度度tw对于于某某一一定定干干球球温温度度的的湿湿空空气气，，其其相相对对湿湿度度越越低低，，湿湿球球温温度度值值越越低低。。对对于于饱饱和和湿湿空空气气而而言言，，其其湿湿球球温温度度与与干干球球温温度度相相等等。。在稳稳定定状状态态时时，，空空气气向向湿湿纱纱布布表表面面的的传传热热速速率率为为：：Q=αS（t-tw）对空气~水蒸气气系统而而言，α/kH=1.09气膜中水水气向空空气的传传递速率率为：N=kH（Hs,tw-H）S在稳定状状态下，，穿热速速率和传传质速率率之间的的关系为为：Q=Nrtw湿球温度度实际上上是湿纱纱布中水水分的温温度，而而并不代代表空气气的真实实温度，，由于此此温度由由湿空气气的温度度、湿度度所决定定，故称称其为湿湿空气的的湿球温温度，所所以它是是表明湿湿空气状状态或性性质的一一种参数数。强调：9绝热热饱和温温度tas空气tas，Has，I2空气t，H，I1补充水

tas水tas绝热降温温增湿过过程及等等焓过程程在空气绝绝热增湿湿过程中中，空气气失去的的是显热热，而得得到的是是汽化水水带来的的潜热，，空气的的温度和和湿度虽虽随过程程的进行行而变化化，但其其焓值不不变。形成原理理：绝热增湿湿过程进进行到空空气被水水汽所饱饱和，则则空气的的温度不不再下降降，而等等于循环环水的温温度，称称此温度度为该空空气的绝绝热饱和和温度，，用符号号tas表示，其其对应的的饱和湿湿度为Ｈas，此刻水的的温度亦亦为tas。绝热饱和和温度塔顶和塔塔底处湿湿空气的的焓分别别为：由于Ｈ和和Ｈas值与l相比皆为为一很小小的数值值，故可可视为CH、CHas不随湿度度而变，，即CH=CHas。则有湿空气在在绝热增增湿过程程中为等等焓过程程，即：：I1=I2实验测定定表明，，对于在在湍流状状态下的的空气－－水蒸气气系统而而言，a/kH≈CH，同时r00≈rtw，故在一定定温度t和湿度H下，有强调：绝绝热饱和和温度tas与湿球温温度tw是两个完完全不的的概念。。但是两两者都是是湿空气气状态(t和H)的函数。。特别是是对空气气－水气气系统，，两者在在数值上上近似相相等，对对其他系系统而言言，不存存在此关关系。对空气－－水蒸气气系统，，干球球温度、、绝热饱饱和温度度（或湿湿球温度度）及露露点之间间的关系系为：对于不饱饱和湿空空气：t>tas（或tw）>td对于饱和和的湿空空气：t＝tas（或tw）＝td在工程计计算中，，常用的的是以湿湿空气的的焓值I为纵坐标标，湿度度H为横坐标标的焓湿湿图，即即I-H图。图上共有有五种线线，图上上任一点点都代表表一定温温度t和湿度Ｈ的湿空气气状态。。等湿度线线(等H线)：等焓线(等I线)：等温线(等t线)：等相对温温度线（（等φ线）水蒸汽分分压线：：二、湿空空气的湿湿度图1等湿湿度线(等H线)2等焓焓线(等等I线)3等温温线(等等t线)I=(1.88t+2490)H+1.01t当空气的的干球温温度t不变时，，I与H成直线关关系，故故在I-H图中对应应不同的的t，可作出许许多等t线。各各种不同同温度的的等温线线，其斜斜率为(1.88t+2492)，，故温度愈愈高，其其斜率愈愈大。因因此，这这许多成成直线的的等t线并不是是互相平平行的。。一组与纵纵轴平行行的直线线。在同同一条等等H线上，，湿空空气的的露点点td不变。。一组与与横轴轴平行行的直直线。。在在同一一条等等I线上，，湿空空气的的温度度t随湿度度H的增大大而下下降，，但其其焓值值不变变。4等等相对对温度度线（（等φ线）当湿空空气的的湿度度Ｈ为一定定值时时，温温度愈愈高，，其相相对湿湿度φ值愈低低，即即其作作为干干燥介介质时时，吸吸收水水汽的的能力力愈强强，故故湿空空气进进入干干燥器器之前前必须须经过过预热热器预预热提提高温温度，，目的的除了了提高高湿空空气的的焓值值使其其作为为载热热体外外，也也是为为了降降低其其相对对湿度度而作作为载载湿体体。5水水蒸汽汽分压压线该线表表示空空气的的湿度度Ｈ与空气气中的的水蒸蒸汽分分压pv之间关关系曲曲线。。当湿湿空气气的总总压Ｐ不变时时，水水蒸汽汽的分分压pv随湿度度Ｈ而而变化化。水水蒸汽汽分压压标于于右端端纵轴轴上，，其单单位为为kN/m2。AEDFBCtwtd

φ=1HpI干球温温度t、露点td、湿球温温度tw（或绝热热饱和和温度度tas）都是由由等t线确定定的。。根据湿湿空气气任意意两个个独立立的参参数，，就可可以在在H-I图上确确定该该空气气的状状态点点，然然后查查出空空气的的其他他性质质。非独立立的参参数如如：td~H，，p~H，，td~p，，tw~I，，tas~I等，它它们均均在同同一等等H线或等等I线上。。湿焓图图的说说明与与应用用通常根根据下下述已已知条条件之之一来来确定定湿空空气的的状态态点，，已知知条件件是：：0HA

φ=1ttwI1230HA

φ=1ttdI1230HA

φ=1tIφ12（１））湿空空气的的干球球温度度t和湿球球温度度tw；（２））湿空空气的的干球球温度度t和露点点td；（３））湿空空气的的干球球温度度t和相对对湿度度φ。例：已已知湿湿空气气的总总压为为101.3kN/m2,湿度为为H=0.02kg水/kg干空气气，干干球温温度为为70oC。试用I-H图求解解：(a)水蒸汽汽分压压p；(b)相对湿湿度φ；(c)热焓Ｉ；(d)露点td；(e)湿球温温度tw；解由由已已知条条件：：Ｐ＝101.3kN/m2，H=0.02kg水/kg干空气气，t=20oC，在I-H图上定定出湿湿空气气的状状态点点Ａ点点。pv=3kN/m2φ=10%I＝122kJ/kg干空气气td=24oCtw=33oCtBtABAtBtABAφ=1HI1间间壁式式加热热和冷冷却若空气气的温温度变变化范范围在在露点点以上上，则则空气气中的的含水水量始始终保保持不不变，，且为为不饱饱和状状态，，为等等湿过过程，，过程程线为为垂直直线。。三、湿湿空气气的基基本状状态变变化过过程2间间壁式式冷却却减湿湿BA

φ=1HIHAHB利用上上述方方法，，如果果将凝凝结出出来的的水分分设法法除去去，再再将所所得的的饱和和空气气加热热，则则不会会恢复复原来来的状状态，，而空空气的的湿度度小于于原空空气的的湿度度，即即达到到减湿湿的目目的。。上述述间间壁壁式式冷冷却却过过程程当当进进行行至至露露点点，，空空气气即即达达到到饱饱和和状状态态，，继继续续冷冷却却时时，，水水蒸蒸气气就就在在冷冷却却壁壁面面上上凝凝结结出出来来，，而而且且温温度度不不断断降降低低，，但但空空气气始始终终在在饱饱和和状状态态。。3不不同同状状态态空空气气的的混混合合若混混合合后后的的空空气气状状态态点点落落入入超超饱饱和和区区，，例例如如图图中中3-4直直线线上上的的d点，，则则混混合合物物将将分分成成气气态态的的饱饱和和空空气气和和液液态态的的水水两两部部分分，，前前者者的的状状态态点点为为过过d点的的等等温温线线与与φ=1线的的交交点点e。

φ=1HII1InI2H1HnH21234detI设有有状状态态不不同同的的空空气气1和和2，，对对应应的的干干空空气气的的量量为为G1和G2，对应应的的状状态态为为（（H1，I1），，（（H2，I2）。。两空空气气混混合合后后，，由由物物料料衡衡算算和和热热量量衡衡算算，，可可求求得得4绝绝热热冷冷却却增增湿湿过过程程BA

φ=1HItAtas绝热热饱饱和和过过程程的的进进行行，，其其结结果果一一方方面面表表现现为为空空气气的的冷冷却却，，另另一一方方面面表表现现为为空空气气的的增增湿湿，，故故称称为为绝绝热热冷冷却却增增湿湿过过程程。。空气气和和水水直直接接接接触触时时，，空空气气的的状状态态变变化化可可视视为为空空气气和和液液态态水水表表面面边边界界层层内内的的饱饱和和空空气气不不断断混混合合的的过过程程。。若空空气气（（以以A点表表示示））与与温温度度为为tas的冷冷却却水水（（其其表表面面的的饱饱和和空空气气以以B点表表示示））相相接接触触，，由由于于水水温温保保持持不变变，，B点的的位位置置也也固固定定不不变变，，则则空空气气的的不不断断混混合合过过程程就就表表现现为为空空气气状状态态从从A点不不断断向向B点移移动动。。第三三节节干干燥燥过过程程的的物物料料衡衡算算和和热热量量衡衡算算干燥燥过过程程的的计计算算中中应应通通过过干干燥燥器器的的物物料料衡衡算算和和热热量量衡衡算算计计算算出出湿湿物物料料中中水水分分蒸蒸发发、、空空气气用用量量和和所所需需热热量量，，再再依依此此选选择择适适宜宜型型号号的的鼓鼓风风机机、、设设计计或或选选择择换换热热器器等等。。一、、物物料料含含水水量量的的表表示示方方法法1湿湿基基含含水水量量w以湿湿物物料料为为计计算算基基准准的的物物料料中中水水分分的的质质量量分分率率或或质质量量百百分分数数。。第三三节节干干燥燥过过程程的的物物料料衡衡算算和和热热量量衡衡算算一、、物物料料含含水水量量的的表表示示方方法法不含含水水分分的的物物料料通通常常称称为为绝绝对对干干物物料料或或称称干干料料。。以以绝绝对对干干物物料料为为基基准准的的湿湿物物料料中中含含水水量量，，称称为为干干基基含含水水量量，，亦亦即即湿湿物物料料中中水水分分质质量量与与绝绝对对干干料料的的质质量量之之比比，，单单位位为为kg水分分/kg绝干干料料。。两种种含含水水量量之之间间的的换换算算关关系系为为注：：工工业业上上常常采采用用湿湿基基含含水水量量。。2干基含水水量Ｘ：新鲜空气L，H1干燥产品G2，X2废气L，H2湿物料G1，X1L——绝干空气的消消耗量，kg绝干气/s；H1，H2——分别为湿空气气进出干燥器器时的湿度，，kg水气/kg绝干气；X1，X2——分别为物料进进出干燥器时时的干基含水水量，kg水气/kg绝干料；G1，G2——分别为物料进进出干燥器时时的流量，kg湿物料/s；G——绝干物料的流流量，kg绝干料/s。通过物料衡算算可确定将湿湿物料干燥到到规定的含水水量所蒸以的的水分量、空空气消耗量、、干燥产品的的流量。二、物料衡算算1水分蒸发发量w2干干空气气消耗耗量L对上图图所示的的连续续干燥燥器作作水分分的物物料衡衡算，，以1s为基准准。令l=L/W，称为比比空气气用量量，其其意义义是从从湿物物料中中气化化1kg水分所所需的的干空空气量量。如果新新鲜空空气进进入干干燥器器前先先通过过预热热器加加热，，由于于加热热前后后空气气的湿湿度不不变，，以H0表示进进入预预热器器时的的空气气湿度度，则则有上式说说明：：比空气气用量量只与与空气气的最最初和和最终终湿度度有关关，而而与干干燥过过程所所经历历的途途径无无关。。3干干燥产产品的的流量量G2式中w1、w2——物料进进出干干燥器器时的的湿基基含水水量湿空气气的消消耗量量为：：例：在在一连连续干干燥器器中，，每小小时处处理湿湿物料料1000kg，，经干燥燥后物物料的的含水水量有有10%降降至2%（（wb））。以热空空气为为干燥燥介质质，初初始湿湿度H1=0.008kg水/kg绝干气气，离离开干干燥器器时湿湿度为为H2=0.05kg水/kg绝干气气，假假设干干燥过过程中中无物物料损损失，，试求求：水水分蒸蒸发量量、空空气消消耗量量以及及干燥燥产品品量。。进入干干燥器器的绝绝干物物料为为G=G1（1-w1）=1000（（1-0.1））=900kg绝干料料/h解：（（1））水分分蒸发发量：：将物物料的的湿基基含水水量换换算为为干基基含水水量，，即水分蒸蒸发量量为W=G（X1-X2）=900（0.111-0.0204））=81.5kg水/h例题（2））空气气消耗耗量原湿空空气的的消耗耗量为为：L΄=L（（1+H1）=1940（（1+0.008））=1960kg湿空气气/h（3））干燥燥产品品量单位空空气消消耗量量（比比空气气用量量）为为：Qp——预热器器的传传热速速率，，kw；；QD——向干燥燥器中中补充充热量量的速速率，，kw；；QL——干燥器器的热热损失失速率率，kw

LH0,t0,I0LH1,t1,I1QpQDG2,X2,θ2,I΄2LH2,t2,I2G1,X1,θ1,I΄1QL预热器干燥器通过干干燥器器的热热量衡衡算可可以确确定物物料干干燥所所消耗耗的热热量或或干燥燥器排排出空空气的的状态态(H2，t2，I2)。三、热热量衡衡算1预预热器器的热热量衡衡算2干干燥器器的热热量衡衡算3干干燥系系统消消耗的的总热热量若忽略略预热热器的的热损损失，，以1s为基准准，则则有湿物料料的焓焓假设：：（1））新鲜鲜空气气中水水蒸气气的焓焓等于于离开开干燥燥器时时废空空气中中水蒸蒸气的的焓，，即：：Iv0=Iv2。（2））进出干干燥器器的湿湿物料料比热热相等等，即即：Cm1=Cm2=Cm。由于由上式式可以以看出出：向向系统统输入入的热热量用用于：：加热热空气气、加加热物物料、、蒸发发水分分、热热损失失等四四个方方面。。4干干燥系系统的的热效效率蒸发水水分所所需的的热量量为：：定义：若忽略略湿物物料中中水分分代入入系统统中的的焓，，则有有Qv=w(2490+1.88t2)-4.187θ1w使离开开干燥燥器的的空气气温度度降低低，湿湿度增增加（（注意意吸湿湿性物物料））；提高热热空气气进口口温度度（注注意热热敏性性物料料）；；废气回回收，，利用用其预预热冷冷空气气或冷冷物料料；注意干干燥设设备和和管路路的保保温隔隔热，，减少少干燥燥系统统的热热损失失。提高热热效率率的措措施例：某糖厂厂的回回转干干燥器器的生生产能能力为为4030kg/h（（产品）），湿湿糖含含水量量为1.27%，于于310C进入干干燥器器，离离开干干燥器器时的的温度度为360C，，含水量量为0.18%，此此时糖糖的比比热为为1.26kJ/kg绝干料料•0C。。干燥用用空气气的初初始状状况为为：干干球温温度200C，，湿球温温度170C，，预热至至970C后进入入干燥燥室。。空气气自干干燥室室排出出时，，干球球温度度为400C，，湿球温温度为为320C，，试求：：（（1））蒸发发的水水分量量；（（2））新鲜鲜空气气用量量；（（3））预热热器蒸蒸气用用量，，加热热蒸气气压为为200kPa（（绝压）；；（4））干燥器器的热损损失，QD=0；（（5）热效率。。

t0=200Ctw0=170C

t1=970CQpQD=0G2=4030kg/hw2=0.18%

θ2=360C

t2=400Ctw2=320C

θ1=310C

w1=1.27%QL预热器干燥器例题解：进入干燥燥器的绝绝干物料料为G=G2（1-w2）=4030（（1-0.18%）=4022.7kg绝干料/h水分蒸发发量为W=G（（X1-X2）=4022.7（（0.0129-0.0018）=44.6kg水/h（1）水水分蒸发发量：将将物料的的湿基含含水量换换算为干干基含水水量，即即（2）新新鲜空气气用量：：首先计计算绝干干空气消消耗量。。绝干空气气消耗量量为：新鲜空气气消耗量量为：L΄=L（1+H0）=2877.4（1+0.011）=2909kg新鲜空气气/h由图查得得：当t0=200C，tw0=170C时，H0=0.011kg水/kg绝干料；；当t2=400C，tw2=320C时，H2=0.0265kg水/kg绝干料。。查H-I图，得（3）预预热器中中的蒸气气用量查饱和蒸蒸气压表表得：200kPa（（绝压）的的饱和水水蒸气的的潜热为为2204.6kJ/kg，，Qp=L(I1-I0)=2877.4（（127-48）=2.27×105kJ/h故蒸气消消耗量为为：2.27×105/2204.6=103kg/hI0=48kJ/kg干空气；；I1=127kJ/kg干空气；；I2=110kJ/kg干空气（4）干干燥器的的热损失失（5）热热效率若忽略湿湿物料中中水分带带入系统统中的焓焓，则有有aw含水量水分活度度：水蒸蒸气分压压pv与同温度度下纯水水的饱和和蒸气压压ps之比。物料的水水分活度度与其含含水量和和温度有有关。一一定温度度下水分分活度与与含水量量的关系系曲线称称为吸着着等温线线。水分活度度不仅与与物料的的贮藏性性有关，，而且决决定了干干燥进行行的方向向。aw<φ时，吸附附水分；；aw=φ时，达到到平衡；；aw>φ时，解吸吸水分（（干燥））；第四节湿湿物物料的性性质及干干燥机理理一、湿物物料的水水分活度度划分依据据：物料料所含水水分能否否用干燥燥方法除除去。物料中的水分分与一定温度度t、相对湿度φ的不饱和湿空空气达到平衡衡状态，此时时物料所含水水分称为该空空气条件(t、φ)下物料的平衡水分。在干燥过程中中能除去的水水分只是物料料中超出平衡衡水分的那一一部分，称为为自由水分。平衡水分随物物料的种类及及空气的状态态(t，φ)不同而异。平衡水分代表表物料在一定定空气状况下下可以干燥的的限度。二、平衡水分分(equilibriumwater)和自由水分(freewater)划分依据：根根据物料与水水分结合力的的状况1结合水分分包括物物料细胞壁内内的水分、物物料内毛细管管中的水分、、及以结晶水水的形态存在在于固体物料料之中的水分分等。特点：籍化学学力或物理化化学力与物料料相结合的，，由于结合力力强，其蒸汽汽压低于同温温度下纯水的的饱和蒸汽压压，致使干燥燥过程的传质质推动力降低低，故除去结结合水分较困困难。三、结合水分分(boundwater)与非结合水分分(unboundwater)2非结合水水分包括括机械地附着着于固体表面面的水分，如如物料表面的的吸附水分、、较大孔隙中中的水分等。。特点：物料中中非结合水分分与物料的结结合力弱，其其蒸汽压与同同温度下纯水水的饱和蒸汽汽压相同，干干燥过程中除除去非结合水水分较容易。。物料的结合水水分和非结合合水分的划分分只取决于物物料本身的性性质，而与干干燥介质的状状态无关；平衡水分与自自由水分则还还取决于干燥燥介质的状态态。干燥介质质状态改变时时，平衡水分分和自由水分分的数值将随随之改变。强调：物料的总水分分、平衡水分分、自由水分分、结合水分分、非结合水水分之间的关关系见图示。。总水分自由水分平衡水分非结合水分结合水分x*x0x1空气相对湿度φ100%物料的含水量0在干燥过程中中物料内外的的温度不一致致，温度梯度度促使水分传传递（称为热热导湿），方方向是从高温温到低温。1湿度梯度度的形成以上两种梯度度导致的水分分传递称为内部扩散。湿物料表面水水分的汽化，，遂形成物料料内部与表面面的湿度差，，促使物料内内部的水分向向表面移动。。2温度梯度度的形成四、干燥机理造成该分压的的原因是：3外部的传传质推动力：：水分由物料内内部扩散到表表面后，便在在表面气化，可认为在表表面附近存在在一层气膜，，在气膜内水水蒸气分压等等于物料中水水分的蒸气压压，水分在气气相中的传质质推动力为此此蒸气压与气气相主体中水水蒸气分压之之差。对对流干燥，，由于介质的的不断流动，，带走气化的的水分；对真空干燥而而言，则是气气化的水分被被真空泵抽走走。水分的内部扩扩散和表面汽汽化是同时进进行的，但在在干燥过程的的不同阶段其其速率不同，，从而控制干干燥速率的机机理也不相同同。原因在于于受到物料的的结构、性质质、湿度等条条件和干燥介介质的影响。。强化措施（对对对流干燥而而言）：提提高空气的温温度，降低相相对湿度，改改善空气与物物料的接触和和流动情况，，均有助于提提高干燥速率率。在干燥过程中中，当物料中中水分表面汽汽化的速率小小于内部扩散散的速率时，，称为表面汽化控制制；当物料中水分分表面汽化的的速率大于内内部扩散的速速率，称为内部扩散控制制。强化措施：从从改善内部扩扩散着手，如如：减少物料料厚度、使物物料堆积疏松松、搅拌或翻翻动物料、采采用微波干燥燥等。干燥速率：单单位时间内在在单位干燥面面积上汽化的的水分量W。恒定干燥条件件：干燥介质质的温度、湿湿度、流速及及与物料的接接触方式，在在整个干燥过过程中均保持持恒定。u=dw/Adτ式中u—干燥速率,kg/m2·h；W—汽化水分量,kgA—干燥面积,m2；τ—干燥所需时间间,h第五节干干燥速率和干干燥时间一、恒定干燥燥条件下的干干燥速率dW=-GdXu=dW/Adτ=-GdX/Adτ式中Ｇ—湿物料中绝绝对干料的量量,kg；X—湿物料中干干基的含水水量,kg水/kg干物料；负号表示物物料含水随随着干燥时时间的增加加而减少。。u=dw/Adτ影响干燥速速率的因素素（对对流干干燥而言））湿物料的性性质与形状状：包括物物理结构、、化学组成成、形状大大小、料层层厚薄及水水分结合方方式。物料的湿度度：物料的的水分活度度与湿度有有关，因而而影响干燥燥速率。物料的温度度：温度与与水分的蒸蒸气压和扩扩散系数有有关。干燥介质的的状态：温温度越高，，相对湿度度越低，干干燥速率越越大。干燥介质的的流速：由由边界层理理论可知，，流速越大大，气膜越越薄，干燥燥速率越大大。介质与物料料的接触状状况：主要要是指介质质的流动方方向。流动动方向垂直直于物料表表面时，干干燥速率最最快。影响干燥速速率的因素素（对对流流干燥而言言）ABCDEX表面温度干燥时间τABCDEABCDEXU1干燥曲曲线：干燥燥过程中物物料含水量量X与干燥时间间t、物料表面温温度θ的关系曲线线。2干燥速速率曲线：：物料干燥燥速率u与物料含水水量X的关系曲线线。二、干燥曲曲线与干燥燥速率曲线线干燥过程分分为恒速干燥和降速干燥两个阶段。。3恒速干干燥阶段：：如BC段所示（AB段为物料预预热段，此此段所需时时间很短，，一般并入入BC段考虑）。。除去的水分分是非结合合水；属于表面汽汽化控制阶阶段；物料表面的的温度始终终保持为空空气的湿球球温度；干燥速率的的大小，主主要取决于于空气的性性质，而与与湿物料的的性质关系系很小。此阶段特点点：在恒速干燥燥阶段中，，空气传给给物料的热热量等于水水分汽化所所需的热量量，即在干燥过程程中，传热热速率为传质速率为为：所以，恒速速干燥阶段段的干燥速速率为4降速干干燥阶段：：如CE段所示临界点：C点，该点的的干燥速率率Uc等于等速阶阶段的干燥燥速率。临界含水量量：Xc越大，则会会过早的转转入降速干干燥阶段，，使在相同同的干燥任任务下所需需的干燥时时间加长。。临界含水水量与物料料的性质、、厚度、干干燥速率有有关。第一降速阶阶段（CD段）：物料料内部水分分扩散速率率小于表面面水分在湿湿球温度下下的汽化速速率，这时时物料表面面不能维持持全面湿润润而形成““干区”，，导致干燥燥速率下降降。第二降速阶阶段（DE段）：水分分的汽化面面逐渐向物物料内部移移动，从而而使热、质质传递途径径加长，阻阻力增大，，造成干燥燥速率下降降。降速干燥阶阶段特点：：干燥速率主主要决定于于物料本身身的结构、、形状和大大小等。而而与空气的的性质关系系很小。物料表面的的温度不断断上升，而而最后接近近于空气的的温度。积分边界条条件为：开开始时τ=0，X=X1；终了时τ=τ1，X=Xc；1恒速干干燥阶段设恒速干燥燥阶段的干干燥速率为为uc，根据干燥速速率定义，，有三、恒定干干燥条件下下干燥时间间的计算临界处的干干燥速率Uc可从干燥速速率曲线查查得，也可可用下式进进行估算：：对流传热系系数a可用用以以下下几几种种经经验验公公式式计计算算：：式中中L΄΄————湿空空气气的的质质量量流流速速，，kg/m2·h适用用条条件件：：L΄΄=3900~19500kg/m2·h（（0.9~4.6m/s））（1））空空气气的的流流动动方方向向与与物物料料表表面面平平行行时时适用用条条件件：：L΄΄=2450~29300kg/m2·h（（0.6~8m/s）），，空气气的的平平均均温温度度t=45~1500C（2））空空气气垂垂直直于于物物料料表表面面流流动动例：：将将不不溶溶于于水水的的固固体体晶晶体体装装在在0.5××0.5m的盘盘中中干干燥燥，，物物料料层层厚厚度度为为25mm，，盘的的侧侧面面和和底底面面可可假假定定为为绝绝热热的的，，干干燥燥所所需需热热量量由由流流动动方方向向与与物物料料平平行行的的热热空空气气以以对对流流方方式式传传到到物物料料表表面面，，空空气气流流速速为为6m/s，，温度度为为700C，，湿度度为为0.01kg水/kg绝干干料料，，试试估估算算恒恒速速干干燥燥阶阶段段的的干干燥燥速速率率和和蒸蒸发发量量。。湿空空气气的的密密度度为为解：：由由湿湿度度图图查查得得H=0.01kg水/kg绝干干料料，，t=700C的空空气气tw=300C空气气的的湿湿比比容容为为例题题湿空空气气的的质质量量流流速速L΄΄=uρρ=61.023=6.14kg/m2·s或22100kg/m2·h当tw=300C时，，rtw=2424kJ/kg，，则有有蒸发发量量为为Uc×A=3.62（（0.5××0.5））=0.91kg水/h对流流传传热热系系数数2降降速速干干燥燥阶阶段段式中中U————降速速阶阶段段的的瞬瞬时时干干燥燥速速率率，，kg/m2·sX2XcX1/UF1F2F3积分分边边界界条条件件：：降降速速开开始始时时τ=0，X=Xc；终了了时时τ=τ2，X=X2；在降降速速干干燥燥阶阶段段，，U是变变量量，，可可采采用用以以下下两两种种方方法法进进行行计计算算：：图解解积积分分法法：：将将1/U对各各相相应应的的X进行行标标绘绘，，量量出出介介于于所所得得曲曲线线与与横横轴轴两两界界限限X2-Xc间的的面面积积，，其其数数值值即即为为所所求求的的积积分分值值。。近似似计计算算法法式中中Xe———平衡衡含含水水量量kX———系数数，，直直线线CE的斜斜率率连接接临临界界点点C与平平衡衡含含水水量量E的直直线线来来代代替替降降速速阶阶段段的的干干燥燥速速率率，，该该近近似似方方法法认认为为在在降降速速干干燥燥阶阶段段，，干干燥燥速速率率与与物物料料中中的的自自由由水水分分成成正正比比，，即即1干干燥燥器器的的分分类类按操操作作压压强强分分：：常常压压干干燥燥器器、、真真空空干干燥燥器器；；按供供热热方方式式分分：：对对流流干干燥燥器器、、传传导导干干燥燥器器、、辐辐射射干干燥燥器器、、介介电电加加热热干干燥燥器器；；按操作作方式式分：：连续续式、、间歇歇式；；按介质质和物物料的的相对对运动动方向向分：：并流流、逆逆流、、错流流干燥燥器；；第六节节干干燥设设备并流、、逆流流、错错流干干燥器器的特特点并流：：含水水量高高的物物料与与温度度最高高而湿湿度最最低的的介质质相接接触，，在进进口端端的干干燥推推动力力大，，在出出口端端的推推动力力小。。适用情情况：：（1））干物物料不不耐高高温而而湿物物料允允许快快速干干燥；；在干燥燥第一一阶段段，物物料温温度始始终维维持在在湿球球温度度，到到第二二阶段段，物物料温温度才才逐渐渐上升升，但但此时时介质质温度度已下下降，，物料料不致致于过过热。。（2））物料料的吸吸湿性性小或或最终终水分分要求求不很很低；；物料在在出口口处与与温度度最低低、湿湿度最最高（（即相相对湿湿度最最大））的介介质接接触，，其平平衡水水分高高。逆流：：物料料与干干燥介介质的的运动动方向向相反反，干干燥推推动力力在干干燥器器中分分布较较均匀匀。适用情情况：：（1））湿物物料不不宜快快干而而干物物料能能耐高高温；；（2））物料料的吸吸湿性性强或或最终终含水水量要要求低低；注：在在逆流流时，，湿物物料进进入的的温度度不应应低于于干燥燥介质质在此此处的的露点点，否否则湿湿度高高的干干燥介介质中中有一一部分分水蒸蒸气会会冷凝凝在湿湿物料料上，，从而而增加加干燥燥时间间。错流：高温介介质与与物料料运动动方向向相垂垂直，，如果果物料料表面面都与湿度度小、、温度度高的的介质质接触触，可可获得得较高高的推推动力力，但但介质质的用量量和热热量的的消耗耗也较较大。。适用情情况：：（1））物料料在干干燥的的始、、终都都允许许快速速干燥燥和高高温；；（2））要求求设备备紧凑凑（过过程速速度大大）而而允许许较多多的介介质和和能耗耗。优点：：构造造简单单、制制造容容易、、适应应性强强。缺点：：干燥燥不均均匀，，干燥燥时间间长，，劳动动强度度大，，操作作条件件差。。适用于于干燥燥粒状状、片片状和和膏状状物料料，批批量小小、干干燥程程度要要求高高、不不允许许粉碎碎的脆脆性物物料，，以及及随时时需要要改变变风量量、温温度和和湿度度等干干燥条条件的的情况况。2厢厢式干干燥器器（盘盘式干干燥器器）箱式干干燥器器车厢式式干燥燥器湿物料进口干燥产品热空气废气带式干干燥器器是使使用环环带作作为输输送物物料的的干燥燥器。。运输输带通通常用用帆布布、橡橡胶、、金属属丝网网制成成，以以金属属丝网网居多多。带式干干燥器器优点：：对流流传热热系数数和传传热温温度差差大，，干燥燥器的的体积积小，，干燥燥速率率快，，物