濕物料的比熱容

1、濕物料的比熱容濕物料的比熱容c物(Jkg-1 K-1),通常以物料干物質比熱容 c干物與水的比熱容c水之間的平均值(取水的比熱容為4.19kJ kg-i -K-1) 來表示： TOC o 1-5 h z c物=皿些茶4墮(4-6)或。物二。干物+堂齋業(yè)W(4-7)如果把濕物料的比熱容認為是1kg干物質，則獲得對比比熱容。物(E偵-1)：(4-8)式中W物料的濕含量，。式4-7、式4-8常用于干燥器的計算。一般食品干物質比熱容范 圍為12551676J kg-iK-1。如大麥芽1210，馬鈴薯1420，胡蘿 卜1300,面包15501670，砂糖10401170Jkg-iK-1。物料比 熱容與其

2、濕含量(W)之間通常具有線性關系，如20C，天然淀粉 的比熱容：IC淀=1215 + 29.7W(4-9)而糊化淀粉:c 糊淀= 1230 + 29.5W (J-kgl-K 1)(4-10)隨著溫度的提高，濕物料的比熱容一般也提高。如糖和馬鈴薯干物 5-捉6。，3.5勇偵也5)4 1L)質比熱c 干馬= 1101 + 3.14，(J-kg-K-1)(4-12)容與溫度 的關系式為:濕物料的導熱系數濕物料的傳熱與干物料的傳熱本質區(qū)別在于：由于在固體間架的孔隙中存在水，而對固體間架的熱導率有影 響；熱的傳遞與物料內部水的直接遷移密切相連。熱量可以通過內含氣體和液體的孔隙以對流方式傳遞，也能靠孔 隙

3、壁與壁間的輻射作用傳遞，故有真正導熱系數和當量導熱系數之 分。真正導熱系數入(W m K-i)是傅里葉方程中的比例系數：q = - X VQ(4-13)式中q各向同性固體中的熱流密度，Wm-2；/Q溫度 梯度，K m-i。當量導熱系數，也稱有效導熱系數人當，表示濕物料以上述各種 方式傳遞熱量的能力：人當=義固+人傳+ A對+人遷+人輻(4-14)式中入固物料固體間架的導熱系數，W m-1 K-1；人傳物料孔隙中穩(wěn)定狀態(tài)存在的液體和蒸汽混合物的熱傳導系數，W m-i K-i；人對靠物料內部空氣對流的傳熱系數，W m-2 K-i；人遷靠物料內部水分質量遷移產生的傳熱系數，W -m-2 K-i；人輻

4、輻射導熱系數，Wm-iK-i。當量導熱系數人當直接受物料濕度，不同物料的結合方式，物料 孔隙直徑d和孔隙率（或物料密度p）等因素影響。當物料濕度W 很小時，體系主要由空氣孔和固體間架組成，隨W的增加，人當直線 增加。且顆粒越大，它的增長速度越大；當物料濕度W很大時，水 充滿所有粒中間孔隙，并使其飽和，人當的增加逐漸停止（對大顆粒）； 或者仍在直線增長（中等分散物料）；或者其速度明顯增加（小顆粒 物料）。物料的密度越大，人當越高；孔隙越大，人當越大；組成粒狀物 料間架的顆粒越大，人當越大。一般認為，當孔的直徑5mm和溫度梯度相當于10C時，對流 熱交換忽略不計（即人對R0）;當孔隙的直徑0.5m

5、m，輻射熱交換與 熱傳導相比也可忽略不計（即人輻R0）實際上，影響物料人當的主要 因素是物料固體間架的導熱系數人固和水分的導熱系數人水以及物料的 孔隙率，可以用下列簡單式計算物料當量導熱系數人:當久當=（1 _ r）A固+以.水（415）式中r物料的孔隙率，r=V孔/（V孔十V固）X100%；入水水分的導熱系數（0.58Wm-i K-i），當孔隙中充滿的是 空氣，則用人空=0.0232W m-i K-1代替人水；人固物料固體間架的導熱系數，食品的人固比無機材料少得多， 例如面包固體間架的人固為0.ii6W m-i K-i；V孔、V固孔隙和固體間架的體積，m3。面包瓢（W=45% ）的人=0.2

6、48W m-i K-i，面包皮（W=0） 的人=0.056W m-i K-1；小麥（W=17% ）的 住0.116W m-1 K-i, 即食品的導熱系數人都少于水的導熱系數。因此，在干燥過程，隨著 食品的濕度降低，空氣代替水進入物料的孔隙中，空氣的熱導率比液 體的熱導率小得多，故物料的熱導率將不斷下降。濕物料的導熱系數人與溫度的關系也和干物料一樣：隨著溫度的 提高，人值增加。氣體的導熱系數也會隨壓力增加而增加，故壓力也 會影響到物料的導熱系數。（3）濕物料的溫度傳導系數溫度傳導系數a是決定物料熱慣性的重要特性參數；a越高，物 料加熱或冷卻進行得更快。a = （4T6）cp式中人物料的導熱系數，

7、Wm-1 K-1； c比熱容，Jkg-1 K-1； p 密度，t m-3。cp的乘積是單位體積物料的熱容量，它表示蓄熱能力的特性。c p越大，在同樣人值下系數a越小，即蓄熱能力大的物料加熱慢，冷 卻也慢。影響導熱系數人和比熱容c的因素都會改變溫度傳導系數。（二）含濕氣體熱干燥過程是物料中的水分變成蒸汽狀態(tài)后再排到外部周圍介 質中，通常這種介質（工作體）是氣體與濕空氣或空氣與燃料燃燒產 物的混合物?？諝饨涱A熱或與煙道氣混合，使其具有很高的溫度，因 此它能向物體提供蒸發(fā)水分所必須的能量?？梢?，空氣既是熱載體， 又是吸濕劑，或稱為干燥劑。實際上，供給干燥的熱空氣都是干空氣（即絕干空氣）同水蒸氣 的混

8、合物，常稱為含濕空氣（含濕氣體）。濕空氣對水蒸氣的吸收能 力（吸濕能力）是由濕空氣的狀態(tài)特性決定的，屬于這些特性參數的 有濕空氣的壓力、絕對濕度、相對濕度、濕含量、密度、比熱容、溫 度和熱焓等。從熱力學觀點看，干燥是一個自然的不可逆過程。水分 由濕物料轉移到干燥劑（濕空氣）中，因為物料表面上的蒸汽壓高于 周圍介質的蒸汽分壓，隨著時間的延續(xù)，濕物料同周圍介質的相互作 用達到動力學平衡狀態(tài)。最后，物料上的蒸汽分壓等于周圍介質的蒸 汽分壓，物料與氣體間的濕交換進行得越緩慢，濕物料-氣體體系愈 接近平衡狀態(tài)。干物料在儲藏過程，則可以出現相反的過程，從周圍 介質中吸附水蒸汽使物料吸濕。0 111-0.2

9、00.400.600 80水分活性數可以從濕空氣的焓-濕圖等查得。濕空氣的狀態(tài)特性在干燥過程不斷變化，根據這 種變化的特點實現不同過程的結果。因此，研究含濕 氣體參數及探討其在干燥過程的狀態(tài)變化，掌握物料 濕熱平衡狀態(tài)參數，按水分與物料結合形式來選擇干 燥條件和干物質儲藏條件極為重要。濕空氣的狀態(tài)參圖4-2雞肉在不同溫度下的吸附與解吸等溫線吸附等溫線 解吸等溫線一套完整的蒸汽管路系統(tǒng)應具備下列功能：具有供應制粒機最高產量 的蒸汽量，則需足夠容量的鍋爐、管道尺寸和控制閥等保證；分離并 排出蒸汽中冷凝水（汽一水分離器、疏水閥和放水閥等）；蒸汽壓力 要穩(wěn)定，并根據配方不同可以調節(jié)汽缸和減壓閥。在完好

10、的蒸汽管路中，通過分汽缸和疏水閥等的作用，可將冷凝水和懸 浮物在蒸汽輸出分汽缸前收集并流回鍋爐或排到機外。合理選用蒸汽管路直徑非常重要。應根據蒸汽輸送量、蒸汽壓力和輸送 速度來選用管路直徑。減壓閥下游蒸汽速度一般為18m/s，根據制粒機 的最大產量及蒸汽添加量（產量的百分比）來計算蒸汽用量，從而可確 定減壓閥下游的管道直徑。蒸汽管道直徑的選用見表5-9。減壓閥是整個蒸汽管路中的重要附件，必須正確選擇產量相適、性能穩(wěn) 定、出口壓力波動小、性能可靠的減壓閥，否則將直接影響顆粒飼料的 產量和質量。過濾器（內置40200目濾網）的作用是除去蒸汽中的懸 浮物和固體雜質，一般安裝在分汽缸上方，為了防止過濾

11、 表 5-9 蒸汽系統(tǒng)管路直徑的選擇壓力bar*速度 m/s蒸汽量，kg/h40mjn50nun65mmSOiiunlOOunn125mm151001822804107151125225162295428656121517554027547574510101895292515127245385535925150532522542563291015802480403575951025146025404050151562814326351166168542527045074210801980292540456796124718253120494015187352526770129521055253

12、085488851265211035404049585513501890351054001522542563292515552525625370638106515202530425040595102516202270421064751526044570595218152765725450785121517503025481540690121018652520458575601528547580011251990302582546581012601870324052204073013702065312051358395* lbar = 105Pa=1.01972kgf/cmE器中積聚凝結水造成水

13、滴和減少過濾面積，當內徑大于25mm時過濾器 應水平安裝。汽一水分離器的主要作用是使蒸汽和水分離，并將分離出 的水滴沿傾斜的管壁聚集后由一專門排水口排出，因而確保設備所使用 的蒸汽的干燥性，并可延長設備及其它控制閥的使用壽命。安全閥是確 保設備的使用壓力在規(guī)定的安全范圍內。在減壓系統(tǒng)中，當減壓閥上游 壓力高于設備運行的額定壓力時，必須安裝安全閥。安全閥選型應保持 在設定壓力下能通過減壓閥所能流過的最大流量。飽和水蒸汽的性質在飼料調質蒸汽系統(tǒng)中，減壓閥前的蒸汽壓力一般在0.60.8MPa，減 壓后一般在0.20.4 MPa，當壓力過低時，在固定的時間內達不到調質 要求的蒸汽量。壓力過高容易造成物

14、料溫度過高、水分低，某些營養(yǎng)物 質易損失和顆粒質量變壞。飽和蒸汽又稱為純蒸汽或干蒸汽，其主要特 性見表5-10。表5-10飽和蒸汽的特性GP337絕對壓力 /KPa溫度蒸汽比體積/ (m3/Kg)蒸汽密度/ (Kg/m3)焙(Kj/Kg)汽化熱/ (Kj/Kg)液體蒸汽10099.61. 70.58961416.902676.32259.5200120. 20.8871.1273493.712709.22204.6300133. 30.6061.6501560.382728.52168.1400143.40.4632. 1613603.612742.12138.2500151. 70. 375

15、2.6673639.592761.42091.1600158. 70. 3163.1686670.222761.42091.1700164. 70. 2733.6657696.572767.82071. 5800170.40. 2404.1614720.962773.72052. 7、蒸汽純度蒸汽的純度指濕蒸汽中實際所含干蒸汽量占濕蒸汽總量的百分數，即當 蒸汽中不含有未汽化的水滴時，蒸汽的純度為100%，如把純度為100% 的蒸汽1Kg，在0.7 MPa的壓力下輸送，熱量損失為207.2/2071.5 = 0. 1(Kg )的蒸汽冷凝為水滴，即輸送后蒸汽純度為(1-0.1 ) x100% =

16、90%。 如果按熱量計算，蒸汽純度即為輸送后每千克蒸汽的汽化潛熱與該條件 下飽和蒸汽的汽化潛熱之百分比。在制粒機進行水熱調質時，希望采用 干蒸汽或過熱蒸汽與物料接觸，以加強調質效果。例：用0.7MPa的絕對壓力的蒸汽給制粒機供汽，其純度為90%，試計 算在制粒機的調質器中蒸汽的純度。解：在管道中蒸汽的總熱能q = hw +pxhg式中：hw蒸汽中水的熱量，0. 7MPa蒸汽中水的熱量為696. 6KJ/Kg p-蒸汽純度，按90%計算hg-汽化熱，0. 7MPa蒸汽的汽化熱為2071.5KJ/Kg. q = 696. 6 + 0. 9x2 071. 5 = 25 61(KJ/Kg)、蒸汽添加量的估算根據加熱物料所需熱量及蒸汽狀態(tài)，可以計算出需要的蒸汽量，并進一步 選擇所需鍋爐的規(guī)格，見下例.例：設制粒機生產能力為10t/h,調質使粉料從15 C升溫到70 C,鍋爐供應 蒸汽壓力(絕對)0. 5MPa純度為90%,求所需蒸汽量(粉料比熱容1. 67KJ/KgK)。解：絕對壓力為0. 5MPa的干蒸汽的熱焓為2752. 8 KJ/Kg,水的熱焓為639.6 KJ/Kg ,汽化熱為211