化工原理教學(xué)講義

1、6 干 燥教學(xué)要求：掌握濕空氣的性質(zhì)、濕度圖及其應(yīng)用、干燥過程的物料衡算和熱量衡算、固體物料的干燥機(jī)理、干燥速率及干燥時(shí)間的計(jì)算；了解干燥操作的分類、基本原理及特點(diǎn)、常用干燥器的性能及應(yīng)用范圍。教學(xué)重點(diǎn)：濕空氣性質(zhì)；固體物料干燥過程的相平衡；恒定干燥條件下的干燥曲線和干燥速度曲線；基本干燥過程計(jì)算，包括干燥過程的物料衡算、熱量衡算和干燥時(shí)間的計(jì)算；典型干燥設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)：濕空氣性質(zhì)中的絕熱飽和溫度tas和濕球溫度tw的概念及二者的異同；6.1概述6.1.1物料的去濕方法化工生產(chǎn)中的固體原料、產(chǎn)品或半成品為便于進(jìn)一步的加工、運(yùn)輸、貯存和使用，常常需要將其中所含的濕分（水或有機(jī)

2、溶劑）去除至規(guī)定指標(biāo), 這種操作簡(jiǎn)稱為去濕。去濕的方法可分為以下三類：機(jī)械去濕吸附去濕熱能去濕即干燥去濕方法中較為常用的方法是干燥。干燥過程：利用熱能除去固體濕物料中濕分的單元操作。干燥過程的本質(zhì)：被除去的濕分從固相轉(zhuǎn)移到氣相中(固相為被干燥的物料，氣相為干燥介質(zhì))。在去濕過程中，濕分發(fā)生相變，耗能大、費(fèi)用高，但濕分去除較為徹底。干燥過程分類：（a）按操作壓力可分為常壓干燥、真空干燥。（b）按操作方式可分為連續(xù)式、間歇式。（c）按照熱能供給濕物料的方式,干燥可分為以下四種：傳導(dǎo)干燥：熱能通過傳熱壁面以傳導(dǎo)方式加熱物料，產(chǎn)生的蒸汽被干燥介質(zhì)帶走。對(duì)流干燥：干燥介質(zhì)直接與濕物料接觸，熱能以對(duì)流方式

3、傳遞給物料，產(chǎn)生蒸汽被干燥介質(zhì)帶走。輻射干燥：熱能以電磁波的形式由輻射器發(fā)射到濕物料表面，被物料吸收轉(zhuǎn)化為熱能，使?jié)穹制?。介電加熱干燥：將需要干燥的物料放在高頻電場(chǎng)內(nèi)，利用高頻電場(chǎng)的交變作用，將濕物料加熱，并汽化濕分。本章主要討論干燥介質(zhì)是空氣，濕分是水的對(duì)流干燥過程。6.1.2對(duì)流干燥的特點(diǎn)對(duì)流干燥流程：圖6-1干燥流程示意圖如圖6-1所示，濕空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)送入預(yù)熱器，加熱到一定溫度后送入干燥器與濕物料直接接觸，進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱，最后廢氣自干燥器另一端排出。 干燥若為連續(xù)過程，物料被連續(xù)的加入與排出，物料與氣流接觸可以是并流、逆流或其它方式。若為間歇過程，濕物料被成批放入干燥器內(nèi)，達(dá)到一定的要求

4、后再取出。 經(jīng)預(yù)熱的高溫?zé)峥諝馀c低溫濕物料接觸時(shí)，熱空氣傳熱給固體物料，若氣流的水汽分壓低于固體表面水的分壓時(shí)，水分汽化并進(jìn)入氣相，濕物料內(nèi)部的水分以液態(tài)或水汽的形式擴(kuò)散至表面，再汽化進(jìn)入氣相，被空氣帶走。所以，干燥是傳熱、傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的過程，但傳遞方向不同。傳熱傳質(zhì)方向從氣相到固體從固體到氣相推動(dòng)力溫度差水汽分壓差干燥過程進(jìn)行的必要條件：濕物料表面水汽壓力大于干燥介質(zhì)水汽分壓；干燥介質(zhì)將汽化的水汽及時(shí)帶走。為確定干燥過程所需空氣用量、熱量消耗及干燥時(shí)間，而這些問題均與濕空氣的性質(zhì)有關(guān)。為此，以下介紹濕空氣的性質(zhì)。6.2濕空氣的性質(zhì)與濕度圖6.2.1濕空氣的性質(zhì)濕空氣：含有濕分的空氣?；鶞?zhǔn)：干

5、燥過程中，絕干空氣的質(zhì)量不變，故干燥計(jì)算以單位質(zhì)量絕干空氣為基準(zhǔn)。 如何表征空氣中所含水分的大??？通常用兩個(gè)參數(shù)：濕度、相對(duì)濕度。1.濕度（濕含量）h 濕度h是濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與絕干空氣質(zhì)量之比。（1）定義式式中：ma干空氣的摩爾質(zhì)量，kg/kmol； mv水蒸汽的摩爾質(zhì)量，kg/kmol； 濕空氣中干空氣的千摩數(shù)，kmol； 濕空氣中水蒸汽的千摩爾數(shù)，kmol。（2）以分壓比表示 式中：水蒸汽分壓，n/； p濕空氣總壓，n/。（3）飽和濕度hs：若濕空氣中水蒸汽分壓恰好等于該溫度下水的飽和蒸汽壓ps，此時(shí)的濕度為在該溫度下空氣的最大濕度,稱為飽和濕度，以hs表示。 式中：同溫度下水的

6、飽和蒸汽壓，n/。注：由于水的飽和蒸汽壓只與溫度有關(guān)，故飽和濕度是濕空氣總壓和溫度的函數(shù)。 2.相對(duì)濕度當(dāng)總壓一定時(shí),濕空氣中水蒸汽分壓pv與一定總壓下空氣中水汽分壓可能達(dá)到的最大值之比的百分?jǐn)?shù),稱為相對(duì)濕度。定義式 意義：相對(duì)濕度表明了濕空氣的不飽和程度，反映濕空氣吸收水汽的能力。=1（或100%），表示空氣已被水蒸汽飽和,不能再吸收水汽，已無干燥能力。愈小，即pv與ps差距愈大，表示濕空氣偏離飽和程度愈遠(yuǎn)，干燥能力愈大。h、t 之間的函數(shù)關(guān)系： 可見，對(duì)水蒸汽分壓相同，而溫度不同的濕空氣，若溫度愈高，則ps值愈大，值愈小，干燥能力愈大。 以上介紹的是表示濕空氣中水分含量的兩個(gè)性質(zhì)，下面來學(xué)

7、習(xí)與熱量衡算有關(guān)的性質(zhì)。3.濕比熱ch：定義：將1kg干空氣和其所帶的hkg水蒸氣的溫度升高1所需的熱量。簡(jiǎn)稱濕熱。 kj/kg干空氣式中：ca干空氣比熱，其值約為1.01 kj/kg干空氣 cv水蒸汽比熱, 其值約為1.88 kj/kg干空氣4.焓i：濕空氣的焓為單位質(zhì)量干空氣的焓和其所帶hkg水蒸汽的焓之和。計(jì)算基準(zhǔn)：0時(shí)干空氣與液態(tài)水的焓等于零。 kj/kg干空氣式中：r00時(shí)水蒸汽汽化潛熱，其值為2492kj/kg。5.濕空氣比容uh 定義：每單位質(zhì)量絕干空氣中所具有的空氣和水蒸汽的總體積。由上式可見,濕比容隨其溫度和濕度的增加而增大。6.露點(diǎn)td(1)定義：一定壓力下，將不飽和空氣等

8、濕降溫至飽和，出現(xiàn)第一滴露珠時(shí)的溫度。 式中：為露點(diǎn)時(shí)飽和蒸汽壓, 也就是該空氣在初始狀態(tài)下的水蒸汽分壓pv 。（2）計(jì)算 計(jì)算得到，查其相對(duì)應(yīng)的飽和溫度，即為該濕含量h和總壓p時(shí)的露點(diǎn)。（3）同樣地，由露點(diǎn)和總壓p可確定濕含量h。 7.干、濕球溫度（1）干球溫度：在空氣流中放置一支普通溫度計(jì)，所測(cè)得空氣的溫度為t，相對(duì)于濕球溫度而言，此溫度稱為空氣的干球溫度。（2）濕球溫度：如圖所示，用水潤濕紗布包裹溫度計(jì)的感濕球，即成為一濕球溫度計(jì)。將它置于一定溫度和濕度的流動(dòng)的空氣中，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)所測(cè)得的溫度稱為空氣的濕球溫度，以tw表示。過程分析：當(dāng)不飽和空氣流過濕球表面時(shí)，由于濕紗布表面的飽和蒸汽壓大

9、于空氣中的水蒸汽分壓，在濕紗布表面和氣體之間存在著濕度差，這一濕度差使?jié)窦啿急砻娴乃制粴饬鲙ё?，水分汽化所需潛熱，首先取自濕紗布的顯熱，使其表面降溫，于是在濕紗布表面與氣流之間又形成了溫度差，這一溫度差將引起空氣向濕紗布傳遞熱量。 計(jì)算式：當(dāng)單位時(shí)間由空氣向濕紗布傳遞的熱量恰好等于單位時(shí)間自濕紗布表面汽化水分所需的熱量時(shí)，濕紗布表面就達(dá)到一穩(wěn)態(tài)溫度，即濕球溫度。經(jīng)推導(dǎo)得： 式中：hw濕空氣在溫度為tw下的飽和濕度，kg水/kg干氣； h空氣的濕度，kg水/kg干氣。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)流速足夠大時(shí)，熱、質(zhì)傳遞均以對(duì)流為主，且kh及都與空氣速度的0.8次冪成正比，一般在氣速為3.810.2m/s的

10、范圍內(nèi)，比值/kh近似為一常數(shù)(對(duì)水蒸汽與空氣的系統(tǒng)，/kh=0.961.005)。此時(shí)，濕球溫度tw為濕空氣溫度t和濕度h的函數(shù)。注意：濕球溫度不是狀態(tài)函數(shù)；在測(cè)量濕球溫度時(shí)，空氣速度一般需大于5m/s，使對(duì)流傳熱起主要作用，相應(yīng)減少熱輻射和傳導(dǎo)的影響，使測(cè)量較為精確。8. 絕熱飽和溫度tas（1）定義：絕熱飽和過程中，氣、液兩相最終達(dá)到的平衡溫度稱為絕熱飽和溫度。絕熱飽和過程：不飽和氣體在與外界絕熱的條件下和大量的液體接觸，若時(shí)間足夠長，使傳熱、傳質(zhì)趨于平衡，則最終氣體被液體蒸汽所飽和，氣體與液體溫度相等，此過程稱為絕熱飽和過程。絕熱飽和過程說明： 圖6-2絕熱飽和塔示意圖圖6-2表示了在

11、一絕熱良好的增濕塔中，濕度h和溫度t的不飽和空氣由塔底引入，水由塔底經(jīng)循環(huán)泵送往塔頂，噴淋而下；與空氣成逆流接觸，然后回到塔底再循環(huán)使用。在該過程中，水量很大，達(dá)到穩(wěn)定后，全塔的水溫相同，設(shè)為tas。氣液在逆流接觸中，由于空氣處于不飽和狀態(tài)，水分則不斷汽化進(jìn)入空氣。又由于系統(tǒng)與外界無熱量交換，水分汽化所需汽化潛熱只能取自空氣的顯熱，于是氣體沿塔上升時(shí)，不斷地冷卻和增濕，若塔足夠高，使得氣、液有充足的接觸時(shí)間，氣體到塔頂后將與液體趨于平衡，達(dá)到過程的極限。此時(shí)，空氣已被水分所飽和，液體不再汽化，氣體的溫度也不再降低，達(dá)到入口氣體在絕熱增濕過程的極限溫度，其值與水溫t相同，即為該空氣的絕熱飽和溫度

12、。 此時(shí)氣體的濕度為tas下的飽和濕度has。塔內(nèi)底部的濕度差和溫度差最大，頂部為零。除非進(jìn)口氣體是飽和濕空氣，否則，絕熱飽和溫度總是低于氣體進(jìn)口溫度，即tast。由于循環(huán)水不斷汽化至空氣中，所以須向塔內(nèi)補(bǔ)充一部分溫度為tas的水。（2）計(jì)算式：以單位質(zhì)量的干空氣為基準(zhǔn)，在穩(wěn)態(tài)下對(duì)全塔作熱量衡算,氣體放出的顯熱液體汽化的潛熱，即： 或 上式表明，空氣的絕熱飽和溫度tas是空氣濕度h和溫度t的函數(shù),是濕空氣的狀態(tài)參數(shù)，也是濕空氣的性質(zhì)。當(dāng)t、tas已知時(shí)，可用上式來確定空氣的濕度h。（3）特別說明：絕熱飽和過程又可當(dāng)作等焓過程處理。在絕熱條件下，空氣放出的顯熱全部變?yōu)樗制臐摕岱祷貧怏w中，對(duì)

13、1kg于空氣來說，水分汽化的量等于其濕度差（hmh），由于這些水分汽化時(shí)，除潛熱外，還將溫度為tas的顯熱也帶至氣體中。所以，絕熱飽和過程終了時(shí)，氣體的焓比原來增加了4.187tas（hash）。但此值和氣體的焓相比很小，可忽略不計(jì)，故絕熱飽和過程又可當(dāng)作等過焓程處理。（4）濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的關(guān)系相同點(diǎn)（i）濕球溫度和絕熱飽和溫度都不是濕氣體本身的溫度，但都和濕氣體的溫度t和濕度h有關(guān)，且都表達(dá)了氣體入口狀態(tài)已確定時(shí)與之接觸的液體溫度的變化極限。（ii）對(duì)于空氣和水的系統(tǒng)，兩者在數(shù)值上近似相等。比較式和式可以看出，當(dāng)時(shí)，。前已述及，對(duì)空氣和水的系統(tǒng), / =0.961.005，

14、濕含量h不大的情況下（一般干燥過程h0.01），=1.01+1.88h=1.011.03。由此可知，對(duì)于空氣和水的系統(tǒng)，濕球溫度可視為等于絕熱飽和溫度。但對(duì)其它物系，/ =1.52，與ch相差很大，例如對(duì)空氣和甲苯系統(tǒng)/ = 1.8，此時(shí)，濕球溫度高于絕熱飽和溫度。因?yàn)樵诮^熱條件下，用濕空氣干燥濕物料的過程中，氣體溫度的變化是趨向于絕熱飽和溫度tas的。如果濕物料足夠潤濕，則其表面溫度也就是濕空氣的絕熱飽和溫度tas，亦即濕球溫度tw，而濕球溫度是很容易測(cè)定的，因此濕空氣在等焓過程中的其它參數(shù)的確定就比較容易了。不同點(diǎn)（i）tas是由熱平衡得出的，是空氣的熱力學(xué)性質(zhì)；tw則取決于氣、液兩相間的

15、動(dòng)力學(xué)因素傳遞速率。（ii）tas是大量水與空氣接觸，最終達(dá)到兩相平衡時(shí)的溫度，過程中氣體的溫度和濕度都是變化的；tw是少量的水與大量的連續(xù)氣流接觸，傳熱傳質(zhì)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫度，過程中氣體的溫度和濕度是不變的。（iii）絕熱飽和過程中，氣、液間的傳遞推動(dòng)力由大變小、最終趨近于零；測(cè)量濕球溫度時(shí)，穩(wěn)定后的氣、液間的傳遞推動(dòng)力不變。以上介紹了表示濕空氣的四種溫度：干球溫度t；濕球溫度tw；絕熱飽和溫度tas；露點(diǎn)td。比較之有：不飽和濕空氣：ttw（tas）td 飽和濕空氣：ttw（tas）td6.2.2濕空氣的濕度圖及其應(yīng)用為了便于計(jì)算，將空氣各種性質(zhì)標(biāo)繪在濕度圖中。濕度圖的形式有兩種：溫度濕度圖

16、（簡(jiǎn)稱：溫濕圖）、焓濕度圖（簡(jiǎn)稱：焓濕圖）。一般常用的濕度圖都是針對(duì)一定的總壓而繪制的。如圖6-3所示為在總壓p=101.3kn/ 下繪制的溫度濕度圖（低溫部分）。1.濕度圖（1）溫濕圖圖6-3 濕空氣的濕度-溫度圖（p101.325kpa）等溫線等濕線絕熱飽和(冷卻)線等相對(duì)濕度線濕比熱線比容線（2）焓濕圖等溫線等濕線等焓線等相對(duì)濕度線水蒸汽分壓線2.濕度圖的應(yīng)用（1）濕空氣性質(zhì)參數(shù)的確定濕度圖中的任何一點(diǎn)都代表某一確定的濕空氣性質(zhì)和狀態(tài)，只要依據(jù)任意兩個(gè)獨(dú)立性質(zhì)參數(shù)，即可在th（或ih）圖中找到代表該空氣狀態(tài)的相應(yīng)點(diǎn)，于是其它性質(zhì)參數(shù)便可由該點(diǎn)查得。（2）濕空氣狀態(tài)變化過程的圖示加熱和冷卻

17、：不飽和空氣在間壁式換熱器中的加熱或冷卻是一個(gè)濕度不變的過程。如圖6-4（a）所示，由a到b表示一加熱過程；如圖6-4（b）表示一冷卻過程。冷卻先是由溫度始沿等h線降溫，使溫度下降至露點(diǎn)，空氣達(dá)到飽和。再繼續(xù)降溫，則有冷凝水析出，然后濕空氣沿飽和線減濕降溫。絕熱飽和過程：濕空氣與水或濕物料的接觸傳遞系統(tǒng)中，若為絕熱過程，則如圖8.5所示，空氣將沿著絕熱冷卻線ab增濕降溫。如前所述，若忽略蒸發(fā)水分在初始狀態(tài)下的顯熱，絕熱飽和過程可近似認(rèn)為是一個(gè)等焓過程。非絕熱的增濕過程：在實(shí)際干燥過程中，空氣的增濕降溫過程大多不是等焓的，如有熱量補(bǔ)充，則焓值增加，如圖6-5中ab所示的過程；如有熱損失，則焓值降

18、低，如圖8.5中ab所示的過程。 圖6-4 加熱、冷卻過程 圖6-5 絕熱、非絕熱增濕過程不同溫度、濕度的氣流的混合過程：如圖6-6所示，狀態(tài)為a和b的兩股氣流，其溫度和濕度分別為、和、，現(xiàn)a與b按m：n（質(zhì)量）混合。顯然，兩股氣流混合后的狀態(tài)c必然在點(diǎn)a、b的聯(lián)線上，其位置可按杠桿定律求出。圖6-6兩股氣流的混合6.3干燥過程的物料衡算與熱量衡算干燥過程是熱、質(zhì)同時(shí)傳遞的過程。進(jìn)行干燥計(jì)算，必須解決干燥中濕物料去除的水分量及所需的熱空氣量。濕物料中的水分量如何表征呢？6.3.1濕物料中的含水量濕物料中的含水量有兩種表示方法1.濕基含水量w kg水/kg濕料2.干基含水量x kg水/kg絕干物

19、料3.二者關(guān)系 說明：干燥過程中，濕物料的質(zhì)量是變化的，而絕干物料的質(zhì)量是不變的。因此，用干基含水量計(jì)算較為方便。6.3.2干燥過程的物料衡算預(yù)熱器干燥器 產(chǎn)品g2, w2, (x2), q2l, t1 , h1濕物料g1, w1, (x1), q1l, t0 , h0新鮮空氣l, t2 , h2廢氣 圖6-7 物料衡算符號(hào)說明：l：絕干空氣流量，kg干氣/h；g1、g2：進(jìn)、出干燥器的濕物料量，kg濕料/h；gc：濕物料中絕干物料量，kg干料/h。目的：通過干燥過程的物料衡算，可確定出將濕物料干燥到指定的含水量所需除去的水分量及所需的空氣量。從而確定在給定干燥任務(wù)下所用的干燥器尺寸，并配備合

20、適的風(fēng)機(jī)。1.濕物料的水分蒸發(fā)量wkg水/h 通過干燥器的濕空氣中絕干空氣量是不變的，又因?yàn)闈裎锪现姓舭l(fā)出的水分被空氣帶走，故濕物料中水分的減少量等于濕物料中水分汽化量等于濕空氣中水分增加量。即：所以：2.干空氣用量lkg干氣/h令 kg干氣/kg水l稱為比空氣用量，即每汽化1kg的水所需干空氣的量。因?yàn)榭諝庠陬A(yù)熱器中為等濕加熱，所以h0h1，因此l只與空氣的初、終濕度有關(guān)，而與路徑無關(guān)，是狀態(tài)函數(shù)。濕空氣用量： kg濕氣/h 或 kg濕氣/kg水濕空氣體積： m3濕氣/h 或 m3濕氣/kg水6.3.3干燥過程熱量衡算通過干燥器的熱量衡算，可以確定物料干燥所消耗的熱量或干燥器排出空氣的狀態(tài)。

21、作為計(jì)算空氣預(yù)熱器和加熱器的傳熱面積、加熱劑的用量、干燥器的尺寸或熱效率的依據(jù)。1.流程圖圖6-8干燥器熱量衡算溫度為，濕度為h0，焓為的新鮮空氣，經(jīng)加熱后的狀態(tài)為t1、h1、i1，進(jìn)入干燥器與濕物料接觸，增濕降溫，離開干燥器時(shí)狀態(tài)為t2、h2、i2，固體物料進(jìn)、出干燥器的流量為g1、g2，溫度為1、2，含水量為x1、x2。通過流程圖可知，整個(gè)干燥過程需外加熱量有兩處，預(yù)熱器內(nèi)加入熱量qp，干燥器內(nèi)加入熱量qd。外加總熱量qqpqd。將q折合為汽化1kg水分所需熱量2.預(yù)熱器熱量衡算 若忽略熱損失，則 kj/kg水3.干燥器的熱量衡算（1）輸入量濕物料帶入熱量式中：干燥后物料比熱，kj/kg濕

22、料：水的比熱，kj/kg水：絕干物料比熱，kj/kg干料空氣帶入的焓值 干燥器補(bǔ)充的熱量 （2）輸出量干物料帶出焓值 廢氣帶出焓值 熱損失 在穩(wěn)定干燥過程中，輸入量等于輸出量，干燥器熱量衡算式為：6.3.4干燥器空氣出口狀態(tài)的確定 由于空氣在干燥器內(nèi)發(fā)生增濕降溫變化過程，如何確定廢氣出口狀態(tài)，需對(duì)不同干燥過程進(jìn)行分析。1.等焓干燥過程（理想干燥過程、絕熱干燥過程）等焓干燥過程是指干燥在絕熱情況下進(jìn)行的，空氣在進(jìn)出干燥器的焓值不變，即i1i2。令：則：若為等焓過程，則i1i2，d0?？捎们蟪觯╤2、i2）。等焓干燥過程有以下兩種情況：a.整個(gè)干燥過程無熱損失、濕物料不升溫、干燥器不補(bǔ)充熱量、濕物

23、料中汽化水分帶入的熱量很少。b.干燥過程中濕物料中水分帶入的熱量及補(bǔ)充的熱量剛好與熱損失及升溫物料所需的熱量相抵消。2.實(shí)際干燥過程很顯然，只有在保溫良好的干燥器和濕物料進(jìn)出干燥器溫度相差不大的情況下，才可近似當(dāng)作等焓過程處理。由于對(duì)干燥器的絕熱保溫很難，因此實(shí)際干燥過程是在非絕熱情況下進(jìn)行的，即。（1）當(dāng)補(bǔ)充的熱量大于損失的熱量時(shí)，。（2）當(dāng)補(bǔ)充的熱量小于損失的熱量時(shí)，。6.3.5干燥器的熱效率干燥器的熱效率是干燥器操作性能的一個(gè)重要指標(biāo)。熱效率高，表明熱的利用程度好，操作費(fèi)用低，同時(shí)可合理利用能源，使產(chǎn)品成本降低。因此，在操作過程中，希望可獲得盡可能高的熱效率。1.定義2.提高熱效率途徑（

24、1）當(dāng)t0，t1一定時(shí)， 但因此在設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定：t2要比熱空氣進(jìn)入干燥器時(shí)的濕球溫度tw高2050。（2）當(dāng)t0，t2一定時(shí)， 提高空氣的預(yù)熱溫度，可提高熱效率?？諝忸A(yù)熱溫度高，單位質(zhì)量干空氣攜帶的熱量多，干燥過程所需要的空氣量少，廢氣帶走的熱量相應(yīng)減少，故熱效率得以提高。但是，空氣的預(yù)熱溫度應(yīng)以濕物料不致在高溫下受熱破壞為限。對(duì)不能經(jīng)受高溫的材料，采用中間加熱的方式，即在干燥器內(nèi)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)中間加熱器，往往可提高熱效率。（3）盡量利用廢氣中的熱量，如用廢氣預(yù)熱冷空氣或濕物料，減少設(shè)備和管道的熱損失，都有助于熱效率的提高。6.4干燥速率與干燥時(shí)間通過干燥器的物料衡算及熱量衡算可以計(jì)算出完成一定

25、干燥任務(wù)所需的空氣量及熱量。但需要多大尺寸的干燥器以及干燥時(shí)間長短等問題，則必須通過干燥速率計(jì)算方可解決。對(duì)于物料的去濕過程經(jīng)歷了兩步：首先是水分從物料內(nèi)部遷移至表面，然后再由表面汽化而進(jìn)入空氣主體。故干燥速率不僅取決于空氣的性質(zhì)及干燥操作條件，而且還與物料中所含水分的性質(zhì)有關(guān)。6.4.1物料中所含水分的性質(zhì)根據(jù)物料在一定干燥條件下，其所含水分能否用干燥的方法除去來劃分，可分為平衡水分與自由水分。平衡水分：等于或小于平衡含水量，無法用相應(yīng)空氣所干燥的那部分水分。自由水分：濕物料中大于平衡含水量，有可能被該濕空氣干燥除去的那部分水分。根據(jù)物料與水分結(jié)合力的狀況，可分為結(jié)合水分和非結(jié)合水分。圖6-

26、9 平衡含水量曲線結(jié)合水分：凡濕物料的含水量小于xs的那部分水分稱為結(jié)合水分。此時(shí), 其蒸汽壓都小于同溫度下純水的飽和蒸汽壓。非結(jié)合水分：含水量超過xs的那部分水分稱為非結(jié)合水分。此時(shí)，濕物料中的水分的蒸汽壓等于同溫度下純水的飽和蒸汽壓。圖6-10 水分的類兩種分類方法的不同：平衡水分與自由水分，結(jié)合水分與非結(jié)合水分是兩種概念不同的區(qū)分方法。自由水分是在干燥中可以除去的水分，而平衡水分是不能除去的，自由水分和平衡水分的劃分除與物料有關(guān)外，還決定于空氣的狀態(tài)。非結(jié)合水分是在干燥中容易除去的水分，而結(jié)合水分較難除去。是結(jié)合水還是非結(jié)合水僅決定于固體物料本身的性質(zhì)，與空氣狀態(tài)無關(guān)。6.4.2恒定干燥

27、條件下的干燥速率干燥速率的大小直接影響到物料干燥所需要的時(shí)間，所以干燥速率是影響干燥操作的重要條件。1.干燥速率定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位干燥面積汽化的水分量。2.干燥曲線與干燥速率曲線某物料在恒定干燥條件下干燥，可用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定干燥曲線及干燥速率曲線。什么是恒定干燥條件？恒定干燥條件：指干燥過程中空氣的濕度、溫度、速度以及與濕物料的接觸狀況都不變。（1）干燥曲線圖6-11 干燥曲線（2）干燥速率曲線圖6-12 恒定干燥條件下干燥速率曲線（3）曲線分析：ab（或ab）段：a點(diǎn)代表時(shí)間為零時(shí)的情況，ab為濕物料不穩(wěn)定的加熱過程，在該過程中，物料的含水量及其表面溫度均隨時(shí)間而變化。物料含水量由初始含水量

28、降至與b點(diǎn)相應(yīng)的含水量，而溫度則由初始溫度升高(或降低)至與空氣的濕球溫度相等的溫度。一般該過程的時(shí)間很短，在分析干燥過程中?？珊雎?，將其作為恒速干燥的一部分。bc段：在bc段內(nèi)干燥速率保持恒定，稱為恒速干燥階段。在該階段：濕物料表面溫度為空氣的濕球溫度；c點(diǎn)：由恒速階段轉(zhuǎn)為降速階段的點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)濕物料的含水量稱為臨界含水量，用xc表示。臨界含水量與濕物料的性質(zhì)及干燥條件有關(guān)。表6.1、6.2給出了不同物料臨界含水量的范圍。 表6.1不同物料臨界含水量的范圍表6.2某些物料臨界含水量（大約值）cde段：隨著物料含水量的減少，干燥速率下降，cde段稱為降速干燥階段。干燥速率主要取決于水分

29、在物料內(nèi)部的遷移速率。不同類型物料結(jié)構(gòu)不同，降速階段速率曲線的形狀不同。 圖6-13 圖6-14某些濕物料干燥時(shí)，干燥曲線的降速段中有一轉(zhuǎn)折點(diǎn)d，把降速段分為第一降速階段和第二降速階段。d點(diǎn)稱為第二臨界點(diǎn)，如圖6-13所示。但也有一些濕物料在干燥時(shí)不出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，整個(gè)降速階段形成了一個(gè)平滑曲線，如圖6-14所示。降速階段的干燥速率主要與物料本身的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸和堆放厚度有關(guān)，而與外部的干燥介質(zhì)流速關(guān)系不大。e點(diǎn)：e點(diǎn)的干燥速率為零，即為操作條件下的平衡含水量。需要指出的是，干燥曲線或干燥速率曲線是在恒定的空氣條件下獲得的，對(duì)指定的物料，空氣的溫度、濕度不同，速率曲線的位置也不同。3.恒速干燥階段的干燥速率 恒速干燥的前提條件：濕物料表面全部潤濕。即濕物料水分從物料內(nèi)部遷移至表面的速率大于水分在表面汽化的速率。若物料最初潮濕，在物料表面附著一層水分，這層水分可認(rèn)為全部是非結(jié)合水分，物料在恒定干燥條件下干燥時(shí)，物料表面的狀況與濕球溫度計(jì)濕紗布表面狀況相似，物料表面溫度q 即為tw。 若維持恒速干燥，必須使物料表面維持潤濕狀態(tài)，水分從濕物料到空氣中實(shí)際經(jīng)歷兩步：首先由物料內(nèi)部遷移至表面，然后再從表面汽化到空氣中。若水分由物料內(nèi)部遷移至表面的速率大于或等于水分從表面汽化的速率，則物料表面保持完全潤濕。由于此階段汽化的是非結(jié)合水分，