硅酸盐热工基础4-2 干燥过程及设备.ppt

4.2.1 干燥定义及分类 4.2.2 湿空气的性质 湿空气的焓-湿度图及其应用 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * (2) 干燥速率曲线 恒定干燥条件下的干燥速率曲线 物料的干燥速率 ： kg/(m2.s) 干燥曲线 干燥速率曲线 干燥过程 预热阶段（A→B） 恒速干燥（B→C） 降速干燥（C→D→E） * a 恒速干燥阶段 分析：物料内部的水分能及时扩散到表面，物料整个表面都有充分的非结合水。 对流传热速率： 传质速率： 干燥速率 1) 干燥速率不随物料的含水量改变而变化； 2) 干燥速率由物料表面的水分汽化速率所控制(外扩散控制)， 干燥速率取决于干燥条件。 恒速干燥速率特点： * b 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，少量以气态形式扩散。 降速干燥特点： 水分在多孔物料中的分布 * c 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ρ0和k的增大，则使Xc下降。Xc值越大，干燥中产生的内应力越大。 * 2 影响干燥速率的因素 (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 下雨后有风地面干的很快，为什么？ * 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： 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。 北方冬天衣服干的快，为什么？卫生间的风干机可以很快吹十手，利用了什么原理？ (2) 降速干燥阶段 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： 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： 3 间歇干燥过程的干燥时间计算 (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， 70℃时，X=0.0105kg/kg干空气。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。 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：