第五章干燥原理--5.15.2干燥速率.pptVIP

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5.3 干燥速率和干燥过程 (2)降速干燥阶段 分析:第一降速阶段,物料内部水分向表面扩散的速率已小于物料表面水分的汽化速率,实际汽化面积减小,干燥速率下降。第二降速阶段,水分的汽化面由物料表面移向内部,使传热和传质途径加长,造成干燥速率下降。 1)干燥速率取决于水分在物料内部的扩散(内扩散)速率,与物料本身的结构、形状和尺寸等因素有关,受外部干燥介质的条件影响较小。 2)水分迁移形式:主要以液态形式扩散,少时以气态形式扩散。 降速干燥特点: 水分在多孔物料中的分布 恒定干燥条件下物料的干燥曲线 5.3 干燥速率和干燥过程 (3)临界含水量 恒速干燥阶段与降速干燥阶段的分界点称为临界点,相应的物料平均含水量为临界含水量(Xc)。 临界含水量的影响因素:物料的性质、厚度以及恒速阶段干燥速率。 对于粘土制品,在制品水分沿厚度方向按抛物线分布时,临界水分可表示为: 分析:物料的平均临界含水量Xc总是大于其最大吸湿量Xm,随着物料厚度的增加和干燥速度的提高,Xc值加大;在干燥过程中ρ和D的增大,则使Xc下降。Xc值越大,干燥中产生的内应力越大。 5.3.2 影响干燥速率的因素 5.3 干燥速率和干燥过程 5.3.2.1 恒速干燥阶段 在恒速干燥阶段,Le=1,Nu=Sh,即有a=D 刘伊斯 关系式 影响干燥速率的主要因素: ⑴ 空气流速 =0.68~8.14 kg/(m2.s) t = 45~150℃ j∝ 条件:绝热且空气流动方向与物料表面平行 条件:空气垂直穿过物料颗粒堆积层时,设物料颗粒直径为dp ,则: 5.3 干燥速率和干燥过程 j∝ ⑵ 空气中的含湿量 空气温度不变,空气的含湿量降低,传质推动力(dw-d)将增大,干燥速率增加。 ⑶ 空气温度 (4) 空气与物料接触方式 物料颗粒悬浮分散在气流,物料的干燥速率较大; 气流掠过物料层表面时,干燥速率较低 ; 气流垂直穿过物料时,干燥速率介于两者之间。 5.3.2.2 降速干燥阶段 5.3 干燥速率和干燥过程 水分在物料内部扩散的机制主要有液体扩散理论和毛细管理论。 在降速阶段的前期,水分的移动靠毛细管作用力,而在后期,水分移动是以扩散方式进行的。 物料内部的传质采用稳态Fick定律: 在非等温度条件下,存在热湿传导,又称为Luikov效应,在不可逆热力学中将这种由温差引起的质量传递现象称为Soret效应。 物料中水分在压力梯度作用下所产生的质量扩散通量jAp可表示为: 5.3 干燥速率和干燥过程 根据物料中各种传递过程的耦合分析有: 对沿X方向上的一维干燥过程,内扩散速率可用下式表示: 对厚度为δ的平板制品进行两面对称干燥时,湿扩散速率: 1)热湿扩散中水分扩散与加热强度及加热方式有关。 2)外部加热时,热扩散与质扩散方向相反;内热源加热时,热扩散与质扩散方向相同,这有利于干燥速率的提高。 3)湿扩散和热湿扩散中的扩散系数D和Dt的大小与物料的种类、结构、形状、大小等性质有关,可由实验测得。 总结: 5.3 干燥速率和干燥过程 5.3.3 间歇干燥过程的干燥时间计算 5.3.3.1 恒速干燥阶段 若物料在干燥前的含水量(X1)大于临界含水量(XC),忽略物料的预热阶段,恒速干燥阶段的干燥时间(τ1)可通过下式进行计算。 恒速干燥 已知:常压下将干球温度t=30℃、湿球温度tw=20℃的空气预热到70℃后送入间歇式干燥器,空气以6m/s的速度流过物料表面。干燥单位面积的干物料量为23.5kg/m2,物料的临界含水量 Xc=0.21kg/(kg干料)。 求:(1)恒速干燥阶段的干燥速率;(2)将物料含水量从X1=0.45kg/(kg干料)减少到X2=0.24kg/(kg干料)所需要的干燥时间。 * 5.3 干燥速率和干燥过程 解:(1) 查附录得 t w=20℃时,水的汽化潜热 =2453kJ/kg,得 t w=70℃时,Psv=4.243kPa。 干燥器内湿空气的相对湿度 : 湿空气的密度: 湿空气的质量流速: 对流换热系数: W/(m2·℃) 恒速干燥阶段的干燥速率: kg/(m2·s) (2)因X2>Xc,恒速干燥阶段,干燥时间为 : 5.3.3.2 降速干燥阶段 物料从临界含水量(XC)减少到(X2)所需要的时间τ2为: (1)图解积分法 物料在降速干燥阶段,干燥速率与含水量呈非线性变化,采用图解积分法求解τ2。 图解积分法示意 (2)近似计算法 物料在降速干燥阶段,干燥速率与含水量的变化关系可近似作为线性关系处理: 干燥时间: 降速干燥速率曲线处理为直线 5.3 干燥速率和干燥过程 总的干燥时间τ为: 例:已知物料在恒定空气条件下含水量从0.10k

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