青海大学干燥课件第5章第3节固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系PPT.pptVIP

第五章 干燥 一、物料中所含水分的性质 二、干燥曲线和干燥速率曲线 三、干燥时间的计算 第三节 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系 * 干燥动力学 物料衡算和热量衡算 W、L、Q 选风机、预热器 干燥速度和干燥时间（干燥动力学） 干燥器的设计 干燥速度即取决于空气的性质和操作条件，也取决于水分在空气与物料间的平衡关系。 水分在空气与物料间的平衡关系 用干燥方法从物料中除去水分与 物料结构 空气状态 含水分的性质 有关 δ pW p N Q t tW 热空气 物料 湿分 * 一、物料中所含水分的性质 1、平衡水分及自由水分 1) 平衡水分 当物料与一定状态的空气接触后，物料将释放或吸入水分，最终达到恒定的含水量，若空气状态恒定，则物料将永远维持这么多的含水量，不会因接触时间延长而改变，这种恒定的含水量称为该物料在固定空气状态下的平衡水分，又称平衡含湿量或平衡含水量，以X*表示，单位为kg水/kg绝干料。 用某种空气无法再去除的水分，可由实验测得。与物料的种类、温度及空气的相对湿度有关，物料中的平衡水分随温度升高而减小随湿度的增加而增加。 2) 自由水分 在干燥过程中所能除去的超出平衡水分的那一部分水分。 一定干燥条件下，按能否除去，水分可分为平衡水分与自由水分。 平衡水分: 低于平衡含水量 X* 的水分，是不可除水分。 自由水分: 高于平衡含水量 X* 的水分，是可除水分。 思考题：物料中的平衡水分能否被全部除去？ * 平衡含水量X*与空气相对湿度? 的关系（25℃ ） 1－新闻纸 2－羊毛、毛织物 3－硝化纤维 4－丝 5－皮革 6－陶土 7－烟叶 8－肥皂 9－牛皮胶 10－木材 11－玻璃绒 12－棉花 湿物料用湿空气进行干燥，能否得到绝干物料？ 非吸水性物料，x*1kg水/100kg干料 吸水性物料， x*8kg水/100kg干料 * 2、结合水分和非结合水分 一定干燥条件下，按水分除去的难易，水分可分为结合水与非结合水。 结合水分: 与物料存在某种形式的结合，其汽化能力比独立存在的水要低，蒸气压或汽化能力与水分和物料结合力的强弱有关。 非结合水分: 与物料机械形式的结合，附着在物料表面的水，具有和独立存在的水相同的蒸气压和汽化能力。 难于除去 易于除去 结合水分按结合方式可分为：吸附水分、毛细管水分、溶涨水分(物料细胞壁内的水分)和化学结合水分(结晶水)。 化学结合水分与物料细胞壁水分以化学键形式与物料分子结合，结合力较强，难汽化；吸附水分和毛细管水分以物理吸附方式与物料结合，结合力相对较弱，易于汽化。 * 洞道干燥实验流程示意图 1－洞道干燥室 2－离心鼓风机 3－孔板流量计 4－温度计 5－干燥物料 6－重量传感器 7－加热器 8－湿球温度计 9－干球温度计 10－重量显示仪 11－温度显示仪 12－湿球温度显 示仪 13－电加热控制 仪表 * 干燥曲线: 物料含水量X与干燥时间?、物料表面温度?和干燥时间?的关系曲线，这两条曲线均称为干燥曲线。 A X1 AB预热阶段 ～ ～ BC干燥阶段（第一干燥阶段） ～ ～ ～ ～ CD干燥阶段（第二干燥阶段） ～ ～ ～ 热量主要用于物料升温 热量用于 汽化水分 热量用于汽化水分和加热物料 * 2、干燥速率曲线 干燥速率曲线: 干燥速率U或干燥速度N与湿含量X的关系曲线。 干燥过程的特征在干燥速率曲线上更为直观。 干燥速率: 单位时间内，单位干燥面积上汽化的水分质量,即 ABC段表示干燥第一阶段，BC段为恒速干燥阶段,AB段为物料的预热阶段，但此段所需的时间很短，一般并入BC段内考虑 。 CDE段为第二阶段，在此阶段内干燥速率随物料含水量的减小而降低，称为降速干燥阶段。 两个干燥阶段之间的交点称为临界点。与该点对应的物料含水量称为临界含水量Xc。 设物料的初始湿含量为X1，产品湿含量为X2; 当X1＞Xc和X2＜Xc时，干燥有两个阶段； 当X1＜Xc或X2＞Xc时，干燥都只有一个阶段，即恒速干燥段。 * 恒定干燥条件下干燥速率曲线 预热阶段 恒速干燥阶段 降 速 干 燥 阶 段 临界湿 含量 临界干燥速率 * 3、干燥机理 (1) 恒速干燥阶段 恒速干燥阶段中，固体物料的表面非常润湿，其状况与湿球温度计的湿棉布表面的状况类似。 恒定干燥条件下 θ=tw，p=ps α和kH 不变 湿物料与空气间的Q和N恒定 由物料内部向表面输送的水分足以保持物料表面的充分湿润，X Xc，汽化的水分是非结合水。干燥速率由水分汽化速率控制(取决于物料外部的干燥