第5章 干燥原理--5.1+5.2干燥速率.ppt

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