干燥動力學知識2

14.3干燥速率與干燥過程計算14.3.1物料在定態(tài)空氣條件下的干燥速率定態(tài)空氣條件──空氣的溫度、濕度、流速以及與物料的接觸方式都不變──大量空氣干燥少量物料濕基含水量w干基含水量Xt物料含水量的表示方法生產(chǎn)中以w表示，工程計算中用X更方便

干燥速率定義與影響因素分析

定義：kg水/m2.hW──汽化水量，kg/hGc──絕干物料量，kg干料/hA──物料干燥表面積，m2τ──干燥時間，h(或s)差分近似只要測定τ～G數(shù)據(jù)經(jīng)簡單處理即可得到NA

NA影響因素：①物料水分結構（內部條件）②空氣狀態(tài)（外部條件）空氣狀態(tài)（t，H）t↑，H↓(由于(t-tW)↑，(HW-H)↑)──NA

↑③空氣氣速（流體力學條件）u氣↑──α↑，kH↑──

NA

↑(過程實質──傳質、傳熱)④物料形狀（物料表面A大小)物料干燥表面↑──NA

↑(切片、顆粒狀物料等)⑤物料與氣流接觸方式氣流掠過、穿過物料表面，顆粒料懸浮于氣流中等⑥設備結構一、動力學實驗

干燥速率曲線(恒定干燥條件下)測定裝置kg水/m2.h干燥曲線干燥速率曲線用實驗數(shù)據(jù)經(jīng)處理直接標繪出干燥速率曲線。干燥過程分析預熱段(A→B)t>θ1─θ↑→θ=tw預熱段很小，計算中可以忽略恒速段(B→C)物料表面濕潤料內水分向表面擴散量≥表面汽化水量──物料保持在θ=tw恒溫下──空氣傳給物料之顯熱=水分汽化之潛熱──表面汽化控制τXθCABDEABCDEθ1θ2twX*X1X2特點：(1)除去的是非結合水，與汽化純水情況相同；(2)物料溫度恒定為tw；(3)內部水分向表面?zhèn)鬟f速率汽化速率相等；(4)NA與物料含水量X無關，取決于空氣狀態(tài)，為表面汽化控制階段?？諝鈧鹘o物料之熱量用于汽化表面水用于使物料溫度升高tw→θ2─→NA急劇下降(汽化面↓,A不變,汽化量↓)(第一降速段)──干區(qū)逐漸擴大─→完全干枯──U進一步降低至D點──直到X→X2──內部遷移速率控制降速段(C→D→E)物料表面出現(xiàn)干區(qū)料內水分向表面擴散量<表面汽化水量τXθCABDEABCDEθ1θ2twX*X1X2（1）降速原因：汽化表面減?。黄鎯纫?；平衡蒸汽壓下降；內部水分擴散極慢（2）物料內部水分向表面?zhèn)鬟f的速率小于水分汽化速率；（3）物料表面出現(xiàn)干區(qū)，不被完全濕潤，溫度上升；（4）除去物料中的結合水與部分非結合水分；（5）干燥速率取決于物料本身結構及尺寸，與空氣狀態(tài)無關，稱為內部遷移控制階段；降速段特點：臨界含水量影響因素：物料本身的性質及空氣狀態(tài)恒速段干燥速率NA，NA↑，XC↑；無孔吸水性物料的XC值比多孔性物料為大；料層厚度越大，XC值越高；物料分散越細，XC值越小臨界自由含水量XCX*含水量Xt臨界干燥速率Xc↑──進入降速段早對一定干燥任務干燥時間↑──Xc對強化干燥過程有重要意義干燥速率曲線t↑u↑物料厚度↑XtNAXtNAXtNA14.3.2間歇干燥過程的計算14.3.2.1恒速階段的干燥時間τ1恒定干燥條件：t、H、u、接觸方式──大量空氣干燥少量物料的情況。

在不同干燥階段，U=f(X)不同，應分段計算。NA=NAc=const，X1─→XcQ=αA(t－tw)N=kH(Hw－H)A物料表面溫度tw；Hw為tw下的空氣飽和濕度，①由干燥速率曲線查出②用解析法求出NA的求取：對于靜止的物料層，當空氣平行流過物料表面時：對于靜止的物料層，當空氣垂直流過物料表面時：球形顆粒懸浮于氣流中α的經(jīng)驗式14.3.2.2降速階段的干燥時間τ2XXCNA總干燥時間例14-414.3.3連續(xù)干燥過程的一般特性↓↑物料衡算以1s為基準，以干燥器為控制體GcX1+VH1=GcX2+VH2W=Gc(X1－X2)=V(H2－H1)水分蒸發(fā)量新鮮空氣V，H1廢氣V，H2干燥產(chǎn)品Gc，X2濕物料Gc，X1干燥器14.3.4連續(xù)干燥過程的物料衡算和熱量衡算Gc=G1(1－w1)=G2(1－w2)絕干物料量空氣消耗量V單位：kg絕干氣/sH1=H0，故有：濕空氣消耗量：V0=V(1＋H0)單位：kg新鮮空氣/sV′=VvH選風機參數(shù)單位：m3/s單位空氣消耗量濕空氣體積：熱量衡算預熱器熱量衡算進入預熱器的熱量：Q+VI0離開預熱器的熱量：VI1VI0+Q=VI1Q=V(I1-I0)干燥器熱量衡算進入干燥器的熱量：離開干燥器的熱量：VI1+GI1′

+Q補=VI2+GI2′

+Q損VI1—空氣帶入GcI1′—物料帶入Q補—補充加入VI2—空氣帶出GcI2′—物料帶出Q損—干燥器熱損失濕物料焓I′的計算理想干燥過程(等焓干燥過程)

條件：（1）干燥器內無補充加熱，即Q補=0；（2）干燥器的熱損失可忽略不計，即Q損=0；（3）物料進出干燥器時焓相等，即I2′=I1′。Aφ0Bφ1Cφ2t1t0t2I1I0H0H2=H1=I2000I2=I1Ht實際干燥過程（非等焓干燥過程）（1）操作線在BC下方

Q補=0，或Q補＜Q損+Gc(I2’-I1’)CC1C2C3（2）操作線在BC上方

Qu補≠0，且Q補>Q損+Gc(I2’-I1’)（3）Q補≠0，且t2=t1例14-5、14-6tHABt1t0I1I014.3.5干燥過程的熱效率空氣在干燥器中放出熱量的分析=VCH1(t1-t2)+VCH1(t2-t0)熱效率Q補=0應用條件Q補=Q損=0，并不限于理想干燥器(Q損=0)提高η的途徑：（1）降低t2

分析：t2↓，廢氣帶走熱量Q3↓，故η↑

但不能太低，t2＞(20~60)+td（2）提高t0、t1

分析：t0↑，t1↑，則Q3↓，故η↑。（4）減小Q損

分析：Q損↓，則Q↓，故η↑。（3）提高H2H2↑，W、H1不變，則V↓，則Q↓，故η↑。但H2↑也應有上限干燥過程的圖示1、一般過程60℃90℃BC可降低預熱溫度，使用低能位熱源；20℃120℃2、中間加熱A

A20℃

C60℃

B90℃60℃90℃CBA20℃90℃60℃A60℃20℃90℃BCH2′H2減少空氣用量，使熱效率提高；物料不能與高溫接觸時，采用中間加熱。預熱器干燥器ABCH0

t0

H1

t1

H2

t2

B3、廢氣循環(huán)MHmtm

H0

t0

AMC可降低空氣預熱溫度t1H2I1=I2t2t1t1′預熱器干燥器ABCH0

t0

H2

t2

Hmtm

M4、去濕過程

H1

t1

H2

t2

冷卻ABC

H1H2可靈活控制空氣進干燥器時的溫度和濕度；使干燥推動力比較均勻；空氣溫度低，熱損失可以減小。BH0

t0

ACH2t2M

H1

t1壓力對I---H圖各線的影響（總壓增大）等I

線

I=（1.01+1.88H)t+2500H

H、t不變，則I不變等t線不變等H線等H線不變水汽分壓線上移HIPp-H-HP=1.0=1.0由

于是，P增大等φ線上移。等φ線水汽分壓線加壓對干燥不利，使推動力降低。HIPp-H-HP=1.0=1.0討論：若總壓增大，露點溫度和絕熱飽和溫度怎樣變化？絕熱飽和溫度升高Atdtd′tastas′露點溫度升高14.4干燥器14.4.1干燥器的基本要求對被干燥物料的適應性首要條件設備的生產(chǎn)能力要高干燥時間能耗的經(jīng)濟性廂式干燥器氣流干燥器沸騰床干燥器轉筒干燥器噴霧干燥器滾筒干燥器耙式真空干燥器微波干燥器紅外線干燥器對流式傳導式介電加熱式輻射式按加熱方式分按操作方式分間歇式連續(xù)式分類

廂式干燥器噴霧干燥器特點：結構簡單，適應性強。但生產(chǎn)率低，產(chǎn)品質量不易均勻。適用于小規(guī)模、多品種的場合。特點：噴霧干燥的干燥時間短，料液直接加工成固體產(chǎn)品。適用于熱敏性物料的干燥。設備大、能耗高。14.4.2常用對流式干燥器氣流干燥器特點：干燥時間短，成品質量均勻，對物料有破碎作用。設備龐大。流化床干燥器特點：結構簡單，造價低，活動部件少，操作維修方便，熱效率較高。適用于粒徑在30mm～6mm的粉粒狀物料。轉筒干燥器特點：機械化程度高，生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質量均勻，對各種物料的適應性強例1.總壓100kPa，空氣的溫度為20℃，濕度為0.01kg/kg絕干氣。試求：⑴空氣的相對濕度Φ1；⑵總壓P與濕度H不變，將空氣溫度提高至50℃時的相對濕度Φ2；⑶溫度t與濕度H不變，將空氣總壓提高至120kPa時的相對濕度Φ3；⑷若總壓提高到300kPa，溫度仍維持20℃不變，每100m3原濕空氣冷凝出來的水分量?！窘狻竣畔鄬穸圈?：t＝20℃時，ps＝2.334kPa。⑵將空氣溫度提高至50℃時的相對濕度φ2：因P和H不變，則p水汽仍為1.582kPa，

t＝50℃，ps＝14.99kPa⑶總壓提高至120kPa時的相對濕度Φ3:因總壓提高到120kPa，空氣濕度H不變，

當P＝100kPa時，p水汽＝1.582kPa?，F(xiàn)t不變，P＝300kPa，因p水汽∝P，則理論上p水汽＝1.582×3＝4.746kPa，但20℃的PS＝2.334kPa，故在壓縮過程中必有水分析出。空氣中的水蒸氣分壓將保持為PS＝2.334kPa，則加壓后的空氣濕度為飽和濕度。加壓后每kg絕干氣冷凝出來的水分量為：⑷若總