传热设备操作与控制 知识点4 干燥速率和干燥时间计算 干燥速率及其影响因素电子教案.doc

职业教育应用化工技术专业教学资源库《传热设备操作与控制》课程电子教案 情境4 干燥器的操作与控制 学习任务2 工艺参数的确定 计划学时 4 干燥速率及其影响因素 由于干燥机理的复杂性，目前对干燥速率的计算与分析多取自实验。为了讨论问题的方便，假定干燥过程的条件恒定，即空气的温度、湿度、流速、与物料的接触状况以及物料的几何尺寸等均不变。如用大量的空气干燥少量的湿物料就属于此类情况。 （一）恒定干燥条件下的干燥曲线和干燥速率曲线 在恒定干燥条件下，通过实验，可绘制出干燥曲线和干燥速率曲线，由曲线可以直观地了解干燥过程中物料中的水分与温度随时间的变化关系，以及干燥速率的变化特性。 1．干燥曲线 通过实验，测定出干燥过程中不同时间τ下湿物料的干基含水量和物料表面的温度,并绘成曲线，如图4-13，称为干燥曲线。由干燥曲线可直接读出在一定条件下，将物料干燥至某一干基含水量所需要的时间。 2．干燥速率曲线 干燥速率是指单位时间内在单位干燥面积上汽化的水分量，如用微分表示，为 （4-32） 式中：——干燥速率，单位为； ——汽化的水分量，单位为kg；——物料的干燥表面积，单位为； τ——干燥时间，单位为。 又由于 代入式（4-32）可得 （4-33） 式中：负号表示物料含水量随干燥时间的增加而减少。 由图4-13中曲线，求出不同下的斜率，再将测得的绝干物料量和物料的干燥面积，一并代入式（4-33）求得干燥速率，将对作图，便得到如图4-14所示的曲线，称为干燥速率曲线。 在图4-14中，段对应的时间很短，称为预热阶段，在干燥计算中可忽略不计；在段，物料的干燥速率保持恒定，其值不随物料含水量而变，称为恒速干燥阶段；在CE段，干燥速率随物料含水量的减少而降低，称为降速干燥阶段。图中C点为恒速与降速段的分界点，称为临界点，该点对应的含水量称为临界含水量，由表示。实验表明，只要物料中含有非结合水分，总存在恒速与降速两个不同的阶段。在两个阶段内，物料的干燥机理和影响因素各不相同，分述如下。 （二）恒速干燥阶段及其影响因素 在这一阶段，物料表面与空气间的传热与传质过程类似于湿球温度的测定原理。在恒定干燥条件下，空气传给物料的热量等于水分汽化所需的热量，物料表面的温度始终保持为湿球温度。虽然物料水分不断汽化，含水率不断降低，但传热推动力（）与传质推动力（）均维持恒定，干燥速率不随的减少而变，故图4-14中段为一水平段。在该阶段除去的是物料表面附着的非结合水分，且物料内部水分向表面移动的速率大于表面水分汽化的速率，使物料表面始终有充盈的非结合水分，干燥速度由水在物料表面汽化的速率所控制。故该阶段又称为表面汽化控制阶段。 由于该阶段的干燥速率取决于物料表面水分的汽化速率，亦即取决于物料外部的空气条件，与物料自身的性质关系很小。故影响该阶段干燥速率的因素主要是湿空气的温度、湿度、流速及与湿物料的接触方式等。从湿球温度测定原理中介绍的传热速率式（4-10）和传质速率式（4-11）可知，提高空气温度、降低其湿度、提高空气流速等，均可提高此阶段的干燥速率。 （三）降速干燥阶段及其影响因素 当物料的含水量降至临界含水量后，便进入降速干燥阶段。从图4-13和图4-14可知，该阶段含水量的减少越来越慢，且随含水量的减少干燥速率也在逐渐降低，这是由于随着干燥过程的进行，物料含水量不断减少，使其内部水分向表面的移动速率低于表面水分的汽化速率，物料表面逐渐出现“干区”，汽化面逐渐向物料内部移动，故水分的逐出越来越困难，干燥速率也就越来越低。与恒速阶段相比，降速阶段从物料中除去的水分少得多，但所需的干燥时间却长得多。 由此可知，在此阶段，干燥速率的大小主要取决于水分在物料内部的迁移速率，与湿空气的状态关系不大，故该阶段又称为物料内部迁移控制阶段。此时影响干燥速率的因素主要是物料的内部结构和外部的几何形状。 需指出的是，前述干燥过程的两个阶段是以物料的临界含水量来区分的。若临界含水量越大，干燥过程将较早地由恒速阶段转入降速阶段，使其总的干燥时间延长，无论从经济的角度还是从产品的品质来看，都是不利的。而临界含水量的大小既与物料本身的结构、性质及尺寸大小有关，还与干燥介质的状态如温度、湿度、流速等有关。其值通常由实验测定。