化工原理下冊課件第5章-干燥(濕物料的性質(zhì))

5.4濕物料的性質(zhì)一、水分在空氣與物料間的平衡關(guān)系X*(X)SApwpspw(p*w)pw-X*線：一定溫度下，空氣中水汽分壓pw與濕物料的平衡含水率X*的關(guān)系曲線。（或p*w-X線）X*Xs當(dāng)X>Xs時，pw=ps1、空氣溫度變化不大時，平衡含水量與溫度之間的關(guān)系可忽略。2、平衡水分隨物料的種類及空氣的狀態(tài)不同而不同，平衡水分代表物料在一定空氣狀況下可以干燥的限度。3、當(dāng)j=0時，各種物料的平衡水分X*都為0，即濕物料只有與絕干空氣接觸才能獲得絕干物料。Xt平衡含水量X*Xmax1.0自由含水量相對濕度j平衡含水量與相對濕度之間的關(guān)系圖1-陶土；2-羊毛；3-煙葉劃分依據(jù)：根據(jù)物料與水分結(jié)合力的狀況結(jié)合水分：包括物料細(xì)胞壁內(nèi)的水分、物料內(nèi)毛細(xì)管中的水分、及以結(jié)晶水的形態(tài)存在于固體物料之中的水分等。特點(diǎn)：籍化學(xué)力或物理化學(xué)力與物料相結(jié)合的，由于結(jié)合力強(qiáng)，其蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，致使干燥過程的傳質(zhì)推動力降低，故除去結(jié)合水分較困難。二、結(jié)合水分(boundwater)與非結(jié)合水分(unboundwater)非結(jié)合水分：包括機(jī)械地附著于固體表面的水分，如物料表面的吸附水分、較大孔隙中的水分等。特點(diǎn)：物料中非結(jié)合水分與物料的結(jié)合力弱，其蒸汽壓與同溫度下純水的飽和蒸汽壓相同，干燥過程中除去非結(jié)合水分較容易。物料的結(jié)合水分和非結(jié)合水分的劃分只取決于物料本身的性質(zhì)，而與干燥介質(zhì)的狀態(tài)無關(guān)；平衡水分與自由水分則還取決于干燥介質(zhì)的狀態(tài)。干燥介質(zhì)狀態(tài)改變時，平衡水分和自由水分的數(shù)值將隨之改變。強(qiáng)調(diào)：Xt結(jié)合水平衡含水量X*Xmax1.0非結(jié)合水自由含水量相對濕度j總水分自由水分平衡水分非結(jié)合水分結(jié)合水分X*X0X1空氣相對濕度j100%物料的含水量0總水分自由水分平衡水分非結(jié)合水分結(jié)合水分X*X0X1空氣相對濕度j100%物料的含水量01、將平衡曲線外延與j=100%線相交。2、當(dāng)X>X0時，非結(jié)合水分，物料中水分的蒸汽壓等于同溫度下純水的蒸汽壓ps。3、X<X0，結(jié)合水分，在物料中水分的蒸汽壓小于同溫度下普通水的蒸汽壓ps。二、相互關(guān)系5.5干燥速率與干燥時間干燥靜力學(xué)：物料和熱量衡算干燥動力學(xué)：干燥平衡關(guān)系、干燥速率5.5.1干燥速率設(shè)計需計算干燥器的尺寸及完成一定的任務(wù)所需的干燥時間，這都決定于干燥速率。干燥速率，不僅決定于濕物料的性質(zhì)，而且還決定于干燥介質(zhì)的條件：包括溫度、濕度、速度及流動的狀態(tài)。目前對干燥速率的機(jī)理了解得還很不充分，因而在大多數(shù)情況下，還必須用實(shí)驗(yàn)的方法測定干燥速率按空氣狀態(tài)參數(shù)變化情況

（1）

非恒定條件干燥操作：沿干燥器的長度或高度，空氣的溫度，濕度（連續(xù)干燥）

（2）恒定干燥條件：大量空氣干燥少量的物料，維持空氣速度以及與物料的接觸方式不變（空氣的溫度和濕度，氣速、流動方式不變，間歇干燥）一、干燥曲線

干燥曲線：由間歇操作實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，以干基含水量X對時間τ作圖。

將樣品放置于托盤上，并讓其表面與空氣接觸。取不同的時間間隔連續(xù)測量干燥過程中物料濕分的減少量二、干燥速率曲線

干燥速率（rateofdrying）U：單位時間單位表面積上汽化的水分量。干燥速率曲線：以干燥速率U對干基含水量X作圖。定時測定物料的質(zhì)量變化，并記錄每一時間間隔Dt內(nèi)的物料的質(zhì)量變化DW及表面溫度q，直到物料的質(zhì)量恒定為止。此時物料所含的水分即為該條件下的平衡水分。干燥曲線和干燥速率曲線AB和A’B的區(qū)別：AB段是在物料初始溫度小于空氣的濕球溫度，而A’B段則是物料的初始溫度大于空氣的濕球溫度AB（或A’B）段：

AB為濕物料不穩(wěn)定的加熱過程。該過程的時間很短,將其作為恒速干燥的一部分。X下降，θ增加至空氣的濕球溫度。BC段：恒速干燥物料表面充滿著非結(jié)合水分，與液態(tài)純水相同。物料內(nèi)部水分?jǐn)U散速率>表面水分汽化速率，屬于表面汽化控制階段。干燥速率保持恒定空氣傳給物料的熱量＝水分汽化所需的熱量。濕物料θ

＝空氣的濕球溫度tw；

物料表面氣膜的空氣溫度為tw，飽和濕度Hw；影響恒速干燥階段的因素干燥速度主要決定于干燥介質(zhì)的性質(zhì)和空氣與濕物料的接觸方式。而與濕物料的性質(zhì)關(guān)系很小。空氣H

t,→Uc

H增大，t不變，tw增大，U減小t增大，H不變，tw增大，Htw增大，U增大。CDE段－降速段C點(diǎn)＝臨界點(diǎn)，干燥速率Uc=恒速階段的干燥速率，臨界含水量XC。

X<Xc,U下降E點(diǎn)UE＝0，平衡含水量X*CD--第一降速階段物料內(nèi)部水分?jǐn)U散速率<表面汽化速率物料表面不能維持全面濕潤而形成“干區(qū)”，實(shí)際汽化面積減小，干燥速率下降，空氣熱量部分用于蒸發(fā)水分，部分加熱物料。汽化水分＝非結(jié)合水水分的汽化面逐漸向內(nèi)部移動，使熱、質(zhì)傳遞途徑加長，阻力增大，造成U下降。到達(dá)E點(diǎn)后，物料的含水量已降到平衡含水量X*。汽化水分＝結(jié)合水空氣傳給濕物料的熱量>>水分汽化所需的熱量，故物料表面的溫度不斷上升，最后接近于空氣的溫度。DE段--第二降速階段問題：臨界含水量是結(jié)合水和非結(jié)合水的分界點(diǎn)嗎？影響降速階段的因素：干燥速率主要決定于物料本身的結(jié)構(gòu)、形狀和大?。ㄋ衷谖锪蟽?nèi)部的遷移速率）。而與空氣的性質(zhì)關(guān)系很小。三、臨界含水量臨界含水量=f(物料的性質(zhì)、厚度、干燥速率、干燥器的種類、干燥操作條件）無孔吸水性材料XC>多孔材料XC厚度增加XC

分散越細(xì),干燥面積XC恒速段干燥速率XC生產(chǎn)中為保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低XC措施:減小物料的厚度加強(qiáng)攪拌,增大干燥面積使用流化床設(shè)備當(dāng)X>臨界含水量Xc，屬于表面汽化控制階段，亦即等速干燥階段；當(dāng)X<臨界含水量Xc，屬于內(nèi)部擴(kuò)散控制階段，即降速階段；當(dāng)達(dá)到平衡含水量X*，U=0。在工業(yè)生產(chǎn)中，物料不會被干燥到平衡含水量，而是在臨界含水量和平衡含水量之間，這需視產(chǎn)品要求和經(jīng)濟(jì)核算而